有哪些學術界都搞錯了，忽然間有人發現問題所在的事情？

11-26

指學術界的主流研究方向是錯的，且在錯誤方向走了很多年。

這種事情科學史上是比比皆是啊。不打破常規，怎麼會有進步呢。而常規之所以會出錯，無非是因為觀察的還不夠全面，觀察手段還比較落後，或者把部分經驗不適合的推廣到全部領域。無論是常識，權威人物，權威期刊，主流意見，H-index，引用數，重複次數，都只能作為參考，而不應該把它們當作不會錯的真理供起來。下面就舉點經典的例子說一下吧。

一、光的性質

笛卡爾：光是一種波，你看用波的公式去推折射現象吻合的很好。
牛頓：呵呵，光能繞過障礙物的話，那影子又是什麼？光明明是一種粒子
托馬斯·楊：喂，我觀察到光的衍射現象了哦，和惠更斯的光的波動說預測的一樣呢。
菲涅耳：我也這樣認為的，歐拉也贊同我的。
泊松：照樓上那套說法，光通過一個圓盤，中心會有一個亮點，怎麼可能呢，簡直是一派胡言。
菲涅耳：我做了個實驗，還真的有亮點，你看你看。
泊松：啊呀，敗給你了。看來光還真的是一種波。
麥克斯韋：我得到了一個漂亮的光的電磁波的公式。
愛因斯坦：不要吵了，光既有波動性又有粒子性。

二、生物演化

達爾文：生物通過優勝劣汰，適者生存逐漸演化。
眾人：證據呢。
達爾文：現在還沒有，將來會找到的。
眾人：你一民科瞎嗶嗶。
拉馬克：生物是通過用進退廢，獲得性遺傳進化的。

魏斯曼：我養了20多代老鼠，每代都割了尾巴，怎麼就沒見到生下沒尾巴的老鼠呢。拉馬克吹牛呢。

朗道：就是說，我可沒見過生下來就是非處女的。
孟德爾：我用豌豆實驗證明達爾文說的是對的。
考古學家：我用古生物化石證明達爾文說的是對的。
摩爾根：我用果蠅實驗證明達爾文說的是對的，遺傳物質是基因。
李森科：支持摩爾根的都去死，米丘林主義萬歲。
（李森科倒台後）蘇聯眾科學家：基因遺傳論是對的，打倒萬惡的李森科主義偽科學。
木村資生：演化是中性的。
表觀遺傳學眾專家：一定情況下，父輩的後天特性可以傳給子代。

三、能量

史塔爾：可燃的物體含有一種物質叫燃素，然後之後燃素跑掉了，於是就不能繼續燒了。
拉瓦錫：我做了個實驗，金屬燒完了質量還增加了。燃素說是胡扯。
普利斯特里：物體里有種東西叫做熱質，含熱質多的物體就比較熱，如果熱質跑去別的物體了，這個物體就變冷了。熱質是守恆的。
倫福德：我摩擦小鋼炮，小鋼炮就變熱了。這樣熱質不就不守恆了嗎？
戴維：支持樓上的，我做了冰的實驗，結果和樓上差不多。
焦耳：支持樓上和樓上上的，我做了水的實驗。
格羅夫提：我修正一下，動能，電磁能，熱能，光能等能量總和守恆。
愛因斯坦：我再修正一下，質能守恆。

四、病原體

眾科學家：病原體一定能夠被尚柏朗過濾器過濾，而且能夠用培養皿中生長。
貝傑林克：我發現了一個反例，我就叫他病毒吧。
眾科學家：病原體一定含有核酸。
Tikvah Alper/John Stanley Griffith：我們發現一個反例。海綿腦病可能是蛋白質引起的。
眾科學家：你誰啊，回去好好上高中生物去。
布魯希納：我發現瘋羊的蛋白質是有感染性的，我就叫這種蛋白質為朊病毒吧。
眾科學家：啊呀，我們重複出來了，你說的大概是真的把。

五、孫子與孫臏

太史公：孫武遺《孫子兵法》，孫臏遺《孫臏兵法》
眾學者：我們只看到孫子兵法，沒看到孫臏兵法。太史公又在發明歷史了。

1972年考古學家家銀雀山漢墓同時發現《孫子兵法》和《孫臏兵法》，啪啪啪。

六、素數定理

哈代：素數定理不可能有初等證明。
埃爾德什：看，這是素數定理的初等證明。

七、第五公設

歐幾里德：直線外過一點，有且僅有一條直線與該直線不相交

羅巴切夫斯基/耶·雅諾什：直線外過一點，可以有兩條以上的直線與其不相交

高斯：我也發現了，但是我不說。
眾數學家：現在的年輕人想出名想瘋了。
貝爾特拉米：我找到了解釋非歐幾何的方法了。
眾數學家：這麼想來，他們說的也有幾分道理。
黎曼：直線外過一點，可能一條平行線也找不到。比如，一個球體。

八、宇宙常數

愛因斯坦：我的引力場方程需要一個量來保證解是穩定解，我就叫這個量為宇宙常量吧。
哈勃：宇宙是膨脹的。
愛因斯坦：啊，我犯了一生最愚蠢的錯誤，應該把宇宙常量去掉的。
（新的研究發現宇宙是在加速膨脹的，宇宙常量可能不為零）
愛因斯坦之魂：不早說！

九、醫學

宮頸糜爛，不多說了

今年1月的自然，報道了食管癌其實是有兩種不同的亞型的。
Noah D. Peyser Jennifer R. Grandis. (2017) Cancer genomics: Spot the difference. Nature, 541 (1038): 162-163.

剛出爐的CELL,報道了禁食療法可以逆轉糖尿病,使得失去功能的胰腺細胞重新產生胰島素。
Cheng et al: "Fasting-mimicking diet promotes Ngn3-driven β-cell regeneration to reverse diabetes" Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2017.01.040

NUS量子技術中心的白板未解之謎~

這個研究中心自從成立以來兩年半的時間裡，所有人都被籠罩在白板神tm難擦的陰影當中，極度影響搞研究的心情，成為了一大學術障礙，用完白板後每次都要配各種烈性溶液一陣狂擦（經常寫白板的同志們懂這種感覺！）直到有一天來了一位訪問學者發現…

白板的保護膜沒撕┐(′д｀)┌

這個重大發現馬上在研究中心傳開，所有人很快都興奮地聚集在白板前——怒撕保護膜ing
目擊了全程的某訪問學者稱: this has removed a major research barrier, the time until practical quantum computing may have just been halved.

說兩個經濟學的，

1、「偽回歸（spurious regression）」。

在很久之前，由於缺乏微觀數據，很多時候經濟學的論文嚴重依靠時間序列數據作為實證證據。那麼這是個什麼套路呢？簡單的來說就是做個回歸：
$y_t=x_tcdot eta+alpha+u_t$
一般來說直接用OLS做這個回歸。長久以來，基本上從上世紀四五十年代到七八十年代，大家都是這麼做的，沒人站出來說有什麼問題。

可是，Granger大神1974年的文章提出了質疑，他發現，即使兩個獨立的序列，如果存在很嚴重的自相關甚至單位根的話，也能搞出一個非常顯著的結果和非常高的R^2來。

舉個大家都知道的例子，我生了個小孩，順便在門口種了顆樹，幾年之後搜集數據發現這兩者高度相關，那麼是不是樹的高度影響了小孩的高度呢？

當然不是！

後來Peter Phillips(1986)大神嚴謹的討論了這個問題，指出兩個非平穩的序列做回歸，如果還是用以前的t統計量和F統計量的話，都是錯的。

也就是說，上世紀四五十年代以來到七八十年代幾位大神提出這個問題之間，那麼多的經濟學論文，但凡用時間序列數據跑回歸的，很可能都是錯的！

而天才Granger和Phillips，以及後繼的Dickey-Fuller等人，在單位根檢驗、協整、格蘭傑因果等方面繼續努力，才解決了這一問題。

2、Lucas批判

上面是關於因果的，下面是關於預測的。

也是上世紀七十年代以前，很多經濟學家喜歡建立時間序列的「計量」模型對經濟進行預測，感覺好像預測的結果還可以。但是直到有一天，天才Lucas(1976)的文章指出，你們這樣搞都搞錯了。

為什麼呢？因為你們的「計量模型」不是從微觀個體的結構參數出發的，所以你們估計出來的參數啊，隨著政策的變動，微觀個體的行為會跟著變，所以這些參數是會變的！

所以隨著經濟政策的變動，你們用歷史數據估計出來的計量模型，都是錯的。

這之後也極大推動了宏觀經濟學的發展以及理性預期學派的誕生。

總結一下，其實經濟學裡面，這種「很長以來大家都錯了」的例子非常多，單單就計量來說，不止是時間序列數據，微觀數據犯錯誤的可能性也非常高（比如常用的DID、RD，有很多不恰當使用的方式）。然而，正常的科學就是在不斷創新、試錯、反思、再創新中發展的。能夠發現錯誤並改正，這才是一個健康的科學所應該有的現象。

講一個事關人命的，而且就是這幾年的事情，羥乙基澱粉（HES）的使用。

只要在外科待過的肯定知道HES，在我們行銷全國的國家級規劃教材上赫然寫著：羥乙基澱粉，是急性擴容復甦的最佳選擇，

甚至在我們當年上課時，老師還會強調，在休克狀態下，毛細血管網會大量打開，晶體液(就簡單理解為生理鹽水吧)會漏出血管，擴容效率低，羥乙基澱粉等膠體液可以將補的液留在血管中,進而有更好的復甦效果，其在休克治療中作用甚佳，就是太貴，很多時候是不捨得用。

直到Bodlt教授被調查，以及之後大型試驗結果的發表，我們才知道，臨床上根本不是這麼回事。

Bodlt教授來自德國Ludwigshafen大學醫學院，是羥乙基澱粉治療領域的超級明星，只要動動嘴皮子，歐洲的數個臨床指南就能被改寫的那種。

直到2009年底，因為一篇發表在《Anesthesia and Analgesia》上比較羥乙基澱粉與白蛋白效果的文章數據太過完美，開始有讀者詢問。後來在2010年底，文章中提到的這家醫院表示：我們醫院根本沒做過這個研究呀，而且已經有很多年沒用過白蛋白了。。。這才牽出後續事件。

接著，後續的調查發現他發表的近90篇羥乙基澱粉的重量級臨床研究均為造假的產物。

這是2013年BMJ發表的文章，

《Boldt：偉大的造假者》

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在之後的大規模研究中，

發現與傳統廉價的晶體液相比，價格高昂的羥乙基澱粉不僅沒有能降低死亡率，

而且升高了患者急性腎損傷，新發肝衰的概率。

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最終，在對整個羥乙基澱粉治療領域所有臨床研究的分析中，

剔除Boldt教授的研究結果後，羥乙基澱粉會顯著增加患者死亡和急性腎損傷風險，因此不應該在臨床使用羥乙基澱粉作為補充血容量的復甦治療。

羥乙基澱粉之前因為缺乏大規模的隨機對照試驗，在美國的使用一直都是極少的，現在基本也處於絕跡的狀態。
在Boldt教授的造假被廣泛曝光前，在歐洲應用很多，當前也基本被打入了冷宮。
而在我國大陸的情況，我想至今也不容樂觀。

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2016.12.7更新
有評論提到當前羥乙基澱粉的臨床使用，畢竟現在FDA還沒有讓其退市，應該還有一定的使用指證，這就要結合臨床經驗來判斷了。但既然大樣本的隨機對照試驗的結果如此，大多情況下的使用一定是弊大於利的。

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一個題外話，評論里提到了「嗎丁啉」的事情，我之前有兩個回答都提到了這個葯：
有什麼好用的暈車藥？ - Dr.Yan 的回答 - 知乎

有哪些醫學知識概念已經更新或改變，但不為大眾所知？ - Dr.Yan 的回答 - 知乎

注意，嗎丁啉即多潘立酮，從未被FDA批准上市過，甚至官網上很早以前就有健康警告，也就是說在美國是禁藥。

目前歐洲也發出警告，嚴格限制其使用，因其可能導致惡性心律失常，甚至猝死。

該葯的原研廠家是比利時的楊森製藥。安全性問題 1985 年就已經被提出來。「嗎丁啉」目前是西安楊森旗下的商品名。

在今年9月中國葯監局開始要求生產多潘立酮的廠家修訂說明書。

總局關於修訂多潘立酮製劑說明書的公告 - 丁香園

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更多內容，將在微信公眾號：pianjianzhiren（偏見職人）

阿三再立新功：20%的基因論文因excel出錯發信站: BBS 未名空間站 (Thu Sep 1 07:25:19 2016, 美東)


一項新研究發現，Excel默認格式設置要為約20%的基因領域科研論文的錯誤背鍋。 
研究者們發現這些錯誤源自Excel會自動把基因名稱糾正為日期或者數字，這些錯誤很

 難被修正，而且因為無法永久性停用這一功能，很多科學家們在發表論文之前乾脆就忘

 記手動修改它們。 
「Excel在在默認設置中會把基因名稱轉化為日期和浮點數值，」來自澳洲的研究團隊

 解釋說。 
「我們用程序掃描了主要基因組學期刊，發現約五分之一的論文所補充的Excel基因組

 表單中都有基因名稱轉化錯誤。」 
團隊掃描了2005到2015年間發表於19份不同期刊上的3597份論文的35175張Excel表單。

 通過一個可以識別基因名稱錯誤的專門程序，他們發現有704份論文存在錯誤。 
團隊解釋說：「煮個栗子，名為SEPT2和MARCH1的基因就會被Excel自動糾正為『2-Sep

』和『1-Mar』。此外，Excel還會自動將RIKEN標識符轉化為浮點數字(比如將『

2310009E13』變成『2.31E+13』)…在最近發表的論文里，我們發現了更多基因符號被

 轉化成日期的現象(比如『SEPT2』變成了『2006/09/02』).」 
雪上加霜的是，如果研究者想要點擊「撤消」自動格式，它就會修改這個日期的格式，

 而不是改回原來的基因名稱。 
正如《華盛頓郵報》的Christopher Ingraham解釋說，如果研究者楊瑤輸入「MARCH1」

，Excel會改成「1-MAR」。如果研究者點擊「撤消」，它就會變成「42430」，因為這

 就是Excel內部儲存日期的方式。 
20%的基因論文出現錯誤：Excel的鍋 
唯一想要避免這類錯誤的方法就是在輸入前設置表單中每一列的格式。 
研究者們希望這份報告可提高大家對該問題的意識，從而更多科學家會知道他們的研究

 成果會因為一個簡單的程序錯誤而打折扣。 
所以最佳解決方式就是微軟推出一個補丁，但是我們都知道微軟是不靠譜的。所以研究

 者們在格式問題上還是要保持高度警覺。 
20%的基因論文出現錯誤：Excel的鍋

該研究已經發表在Genome Biology上。

講一個最近備受關注的理論研究（不是韓春雨的）。荷蘭理論物理學家Erik Verlinde在16年11月份提出的一個引力假說有可能顛覆了牛頓和愛因斯坦的理論對引力的認知，並且解釋（更確切得說是explain away）暗物質。

在他的假說中，引力是一種宏觀的量子作用而並非基本力，而「暗物質」是一種「暗能量」產生的效應。現階段，已經有觀察結論支持他的假說。

(本回答中所有圖片均來源於互聯網，出處可在參考文獻中找到)

稍微有點偏題的是，無論如何，愛的廣義相對論依然是非常貼近現實的描述，而且Verlinde的顛覆性理論才剛剛起步，目前貌似還處於備受爭議的階段，想挑戰權威可能還要很長的一段路要走。儘管如此，Verlinde理論的說服力和產生的啟發和影響也不容忽視。去年楊振寧來我們學校的時候，就預言「這個世紀的物理學突破很有可能跟暗物質有關」。

作為一個非物理類博士生且沒有系統學習相對論，量子力學等方面相關理論的物理愛好者，看到Verlinde理論中的idea和得到的結論對我來說是非常震驚的，因此斗膽在這裡向大家介紹一下Verlinde引力理論，主要是靠做一點微小而粗糙的翻譯工作，翻譯Quanta Magazine上的一篇相關報道[1]和一些其他資料，希望能夠拋磚引玉。由於以我水平難以精準地描述及判斷報道中正確與否，因此，如果有產生任何描述上的失准甚至是誤導，歡迎各位大神批評指正打臉。如果各位想深入了解，還請參考本回答引用的英文報道和原論文。

首先，放一張[1]中的圖介紹一下背景。

物理學上，有一個一直困擾物理學家的一個難題。根據牛頓和愛因斯坦的引力理論，引力是跟物體之間距離的平方呈反比。然而銀河系和其他星系中，離星系中心較遠的天體圍繞中心旋轉速度似乎比牛頓理論預測得快，「貌似」存在在目前觀測不到的物體對可見的星體提供了額外的向心力。

正如上圖所示中上兩幅圖所示，根據牛和愛引力理論（左上），離銀河系中心越遠的恆星旋轉速度應該是越慢的。然而，現實觀測到的結果卻有偏差（右上），當恆星的距離達到一個門限，速度的變化沒有預想的大。

於是，早在上世紀30年代，一種自然而然的理論被提出，就是上述的暗物質理論：星系的外邊充滿著一種目前還無法直接觀測得到（無法通過電磁波的觀測進行研究，也就是不與電磁力產生作用），但它能干擾星體發出的光或引力，其存在能被明顯地感受到的物質。

然而，一直尋找暗物質的實驗一直以零結果告終[2]。另外一方面，一部分學者認為暗物質根本不存在。在一些理論中，不需要引入暗物質或者任何遺漏的物質就能解釋天體的反常運動。他們認為在宇宙尺度上，重力本質有別於牛和愛的理論中所預言中的那樣。其中一種這樣的理論是Mordehai Milgrom上世紀八十年代提出的Modified Newtonian Dynamics (MOND)：如果一個恆星感受到的重力加速度小於一個特定的值： $1.2 imes 10^{-10}m/s^2$ ，那麼重力將不再是為距離平方成反比，而是更像是跟距離成反比，然而如果大於這個值，那麼一切都像經典牛和愛理論中一樣。但是該MOND理論中並沒有提及其內在的物理原因，因此這個理論不久被物理界遺棄。

好了，現在該我們的主人公出場了。荷蘭阿姆斯特丹大學的理論物理學家Erik Verlinde，在2009提出了一個新的理論[3]，得出的結果是引力不是一種基本力，而是一種宏觀的熱力學效應，來源於熵力。這種假說非常有啟發性，但其idea本身收到一些方面的質疑。

儘管如此，Verlinde受到了之前假說的啟發，提出了一個新的理論，並且於16年11月在arxiv上發布了一篇51頁的論文[4]。他表示愛因斯坦廣義相對論中質量引起的時空彎曲和其中的一切都是量子信息的幾何表達。在這個理論中，時空和其中的物質被視為由布滿量子比特的內在網路產生的全息圖。與它們最近的鄰居糾纏的量子位陣列可以用來表達平坦時空，而更複雜的量子糾纏的模式產生物質顆粒，例如夸克和電子，其質量導致時空彎曲，產生重力。

那麼這個理論之中是如何解釋暗物質呢？由於宇宙是加速膨脹的，時空存在著一些微量的背景能量，通常稱作暗能量（注意暗能量和暗物質的不同，但暗能量跟暗物質一樣都不會吸收、反射或者輻射光，所以人類無法直接使用現有的技術進行觀測）。Verlinde在理論中把暗能量建模成一種熱能，並且這種熱能和框架下所涉及的量子比特產生了長距離糾纏。他認為，這種遠距離糾纏被物質的存在破壞，這基本上從其佔據的時空區域去除暗能量。暗能量然後試圖回到這個空間，對物質施加一種相當於引力的彈性反應(elastic response)。

由於這種糾纏作用距離長，這種彈性反應在更大尺度上的時空中變得更加顯著。Verlinde通過計算髮現，這正是因為這種顯著的彈性響應使得天體旋轉軌跡開始偏離牛愛理論中預言的，而是跟上面所提到的Milgrom上個世紀提出的MOND理論吻合。因此暗能量與物質的相互作用產生了暗物質的「錯覺」。

其他學者認為Verlinde的想法「一定是一個重要的方向」，但是目前來講很難說論文中涉及到的量子信息理論，熱力學，凝聚態物理，全息投影和天體物理能夠互相符合。

不過不久之後，在荷蘭萊頓大學的天體物理學家Margot Brouwer和她的團隊使用引力的透鏡效應(lensing effect)測試了Verlinde的新理論[5-6]。她得出的結論是，Verlinde的理論與觀測到的33,000多個星系的引力分布吻合。不過貌似據知乎上一位答主，這篇觀測"驗證"的文章好像不太靠譜？
如何評論Erik P. Verlinde今天發的用Emergent Gravity解釋暗物質的文章？

至於暗物質理論和Verlinde理論，哪一個是正確的，現在還無法判定，我們敬請期待物理學家們的更多探索和發現吧。

另感謝 @Wister 的proofread。

參考文獻：
[1] The Case Against Dark Matter | Quanta Magazine
[2] What No New Particles Means for Physics | Quanta Magazine
[3] On the origin of gravity and the laws of Newton
[4] https://arxiv.org/abs/1611.02269
[5] Verlinde"s new theory of gravity passes first test
[6] https://arxiv.org/abs/1612.03034

胃幽門螺旋桿菌的一波三折

（幽門螺旋桿菌）
如果說這些年來諾貝爾生理或醫學獎最顛覆的一次，恐怕當屬胃幽門螺旋桿菌了。
顛覆性在於
1，顛覆常識
2，獲獎者身份太低（這也是他們成果不被認可的重要原因）

我們說一下這個胃幽門螺旋桿菌。
一直以來，對於胃病，大家都認為是胃受到了損傷，到底是什麼原因導致胃損傷？
醫生們會說很多原因，比如飲食不規律，壓力，刺激性食物如辛辣等和胃酸過多導致胃粘膜損傷等等。
然而，大家很少考慮細菌的因素。
哪怕細菌對人類疾病的貢獻早在150多年前就已經由巴斯德他們等人發現了並讓弗萊明拿了諾獎。

（圖為巴斯德，but，那個女的是怎麼回事？）
哪怕明明知道胃和腸道緊密相連，而且腸道中有大量的微生物！

why？
因為胃酸！
在相當長的一段時間裡，大家堅信胃裡面是不能生存細菌的，因為胃液的ph值太低，大概是1-4左右；而且本身屬於強酸。

雖然那個時候我們已經發現世界上存在耐酸菌，但是很多耐酸菌本身要不屬於古菌，要不比較特殊，因此大家不太認可這些菌會出現在人類體內。我們來看一下這個菌的發現過程

1875年，德國的解剖學家發現了胃黏膜有螺旋樣細菌存在，他們試圖分離培養這種細菌，可惜沒能體外培養成功，慢慢的就被人們淡忘了。
1893年，義大利的Giulio Bizzozero博士也觀察到胃黏膜表面有一種螺旋狀的細菌存在，可惜，他沒有更進一步研究它。
1899年，波蘭的Walery Jaworski從灌胃液中發現了螺旋狀細菌，他稱之為小皺弧菌。他猜測這個細菌可能是胃炎的致病因。這是世界第一個提出此學說的人。此說甚至被收進當時的胃病手冊。遺憾的是，他是用波蘭語發表的文章，沒引起足夠重視。（可見，學好外語多麼重要）
20世紀的早期，陸陸續續，世界各地的醫生或學者都發現了胃黏膜表面的這個螺旋狀的細菌

但是一篇1954年的論文終結了這種討論
Palmer E D. Investigation of the gastric mucosa spirochetes of the human[J]. Gastroenterology, 1954, 27(2): 218.
Palmer E D檢查了1180個胃黏膜標本，沒有發現這種細菌的存在。這篇文章發表在著名的Gastroenterology雜誌上，給幽門螺桿菌潑了當頭一瓢冷水，這個雜誌在腸道領域屬於那種一言九鼎的期刊，基本上他都說沒有了，那麼，大家就別逼逼了。

當時科學界的態度大概是：

看，我就知道這東西本來就不能存在於胃酸中！
他們那些發現者估計十有八九是污染了腸道微生物，畢竟技術不發達嘛 23333。
——————峰迴路轉——————
然而，峰迴路轉，在大家都認為不可能的時候，竟然有人去燒冷灶。
1979年，那是一個春天。有一個老人，在祖國的南海邊畫了一個圈……

哈哈，神插入。
的確是同一年，在中國南海的南邊，澳大利亞病理學家Robin Warren又一次在病理標本中看到了這個細菌，然後他找到了他的另一個年輕的內科醫生Barry Marshall，兩人合作進行研究。

他倆做了很多標本，發現胃中的確存在這種菌。而且，進一步的，他們想著，既然存在這種菌，而且和疾病有關，那麼是不是殺死這種菌就可以治療胃病呢？

他們做了個實驗，給一個80多歲的老胃病患者使用抗生素治療過，兩周後，這個患者痊癒了。

於是Marshall十分興奮，感覺exciting，他決定在實驗室培養幽門螺旋桿菌。
然而理想是美好的，現實是骨感的。

他培養了好幾天，都沒有培養出來，那麼就無法用這個菌去進一步做實驗啊。
好糾結。
1982年聖誕節，他把菌培養起來，然後無比失望的去回家過節了，反正也沒戲。
然而奇蹟在這一刻發生了。
休息到第五天，他的助手打來電話（我估計要是沒有電話，他估計會休息一個禮拜），告訴他實驗室培養出來細菌了！

真是峰迴路轉啊。

可見，休息是很關鍵的，告訴老闆休息一周，拿諾獎。

於是Marshall和Warren無比興奮，他們覺得自己打開了新世界的大門，成為了老司機，於是去參加各種會議，試圖向大家展示新的研究。
然而，他們遭受的缺失無數的白眼和鄙視。

有的醫生認為，這倆小醫生，還拿著學生卡就來老司機這裡逼逼，無聊。
有的醫生覺得，你們這個發現啊，十有八九是錯的，胃病怎麼會和幽門螺旋桿菌有關呢？你考慮過胃酸的感受嗎？

折騰了兩年，去皇家澳大利亞醫師協會年會，沒人相信；去找醫藥公司，沒人搭理（雖然有一家小小的藥物公司給了點贊助，但是沒當回事）。
1983年，他們布魯塞爾的國際微生物學會發表了自己的研究，在場的微生物學家們被驚呆了，然後他們拒絕了他~~~~hiahiahia~~~~。

到處被鄙視的結果，讓Marshall十分angry！
他走上了一條不歸路，哈哈哈，不是自殺，他決定拿自己做實驗，真是勇士啊。

他把自己培養的幽門螺旋桿菌喝了，然後，他開始腹痛嘔吐（估計是吃壞肚子了），10天後，他做了個胃鏡，證明他的胃中的確存在大量的幽門螺旋桿菌，而且，他得了胃炎。

這種勇士的行為，活生生的證實了這一科學發現。

你以為這就OK了？NO!

他的結果，依然不被認可。

我們可以想像他的苦悶，發現成果，沒人理；演講內容，被人笑；捨身實驗，被埋沒。
備受傷害的Marshall決定離開澳大利亞這塊傷心地，他移民到了美國。

同時，他意識到了沒有知名度的可怕，於是他開始在知乎上寫答案，額不，在美國的科普雜誌比如《讀者文摘》上撰稿。當然了，他也學會了傳媒大法標題黨之類的。
比如，「科學家捨身實驗，治好了胃潰瘍」
「不轉不是美國人（噗，你本身是澳大利亞人嘛）」

最終，他的科普得到了重視（所以知友們，不要放棄治療哇）
1989年，這個細菌被正式命名為幽門螺旋桿菌（距離發現已經10年）；
1994年，美國NIH發表了新的指南，承認大多數再發性消化性潰瘍可能因幽門螺桿菌所致，建議使用抗菌素治療。
2005年，他倆拿了諾獎。

Marshall:Everyone was against me, but I knew I was right !
哪怕全世界的人反對我，我依然明白，我是對的。

ps：本文屬於小科普類型，為了故事的成型，所以會有所倚重，曲折離奇才是王道嘛。

—————————分割補充—————————
還是補充一下吧，把很多當成全部是最可怕的邏輯之一。
1，幽門螺旋桿菌和胃病之間的關係並未徹底搞清楚
幽門螺旋桿菌不一定致病，事實上大多數人體內都攜帶了幽門螺旋桿菌，但是只有少部分人得了胃病。
所以引申出一個問題，幽門螺旋桿菌和胃病之間究竟是相關性還是因果性的問題。

2，胃病不一定是幽門螺旋桿菌導致的（雖然大部分是）
簡單點，你要是吃的太燙把胃燙傷了，那就和這個菌沒有因果關係，但是受損的位置可能成為細菌滋生的平台

3，幽門螺旋桿菌並非完全有害。
我以為作為一個高素質平台，大家會明白這個道理，結果並非是。
要證明一個事情絕對有害是幾乎不可能的，難以窮盡，但是證明一個事情在某種程度上有害是可行的。
幽門螺旋桿菌一樣如此，事實上，在自然界中，你很難找到絕對有害的東西。比如有人就發現幽門螺旋桿菌和免疫有一定的關係。
事實上，就連艾滋病都是如此，比如HIV，有HIV，不一定得艾滋（不是潛伏期，就是不得）。
4，幽門螺旋桿菌高，怎麼辦？
遵醫囑啊！
如果你是患者，自然要聽從醫生的建議去治療，如果你沒病，幹嘛要治？
更何況，高和低本身是個連續的數量性狀，是一個統計的結果，既然是統計，就會有人跳出統計外。
5，這個菌到底叫啥？
其實這個菌本來就是一種翻譯的問題，Helicobacter pylori，稍微對英語有了解的人可以知道，那個大大的helico-本身就是一個很常見的前綴，表示螺旋的意思。
所以有人叫幽門螺旋桿菌，有人叫幽門螺桿菌，還有人叫幽門螺旋菌，大家都知道這是同一個菌。
事實上，這三種用法無論是在書籍還是論文中都有使用者。

僑置！歷史問題必須是東晉僑置的梗！
.
隔空艾特巨舶——錢大昕，
是他把以訛傳訛一千多年的東晉僑州僑縣名稱問題扶上正軌。
.

事情的經過是這樣的:
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東晉播遷，大批南遷移民急需安置。晉室將北來僑民按照所屬部曲及原先北方籍貫，在長江流域新設若干「喬郡」、「僑縣」以安置之。如 ——

在廣陵（今揚州）設（僑）徐州，在歷陽（今安徽和縣）設（僑）豫州、（僑）潁川郡等。

那麼問題就來了——你南方新設了一個徐州，但北方的徐州還在誒！當北方的徐州在胡人手裡的時候，這還不是問題。但麻煩是在晉末幾次北伐後，北方原來的那些正牌的豫州兗州徐州青州巴拉巴拉都收回來了。所以嫌麻煩的東晉朝廷索性把北方的故土命名為「北徐州」、「北兗州」……

直到劉宋代晉，劉裕覺得我是中原正統啊，北方河洛中原才是我該呆的地方啊，所以名義上應該中原本位。於是朝廷就把北方的「北徐州」、「北兗州」……正名為「徐州」、「兗州」…… ；而把南方僑置的「徐州」、「兗州」……改為「南徐州」、「南兗州」……

於是從此大家對南方僑置州郡也都「南徐州」「南豫州」這麼叫了。但到唐初房玄齡、令狐德棻修纂《晉書》的時候，竟然照搬沈約《宋書.州郡志》中對南方僑置郡縣的叫法，也稱東晉時的僑置郡縣為「南徐州」、「南豫州」…… 而並沒有詳考其歷史演變。以後的史書竟也沒有深究，錯誤的叫法一直沿襲到清代。

直到錢大昕在《宋書》中發現了這個BUG，這才終於在《廿二史考異》中予以指正。並對《晉書》吐了一個大槽 :

「史家昧於地理，無知妄作，未有如《晉志》之甚者！」

——錢大昕《十駕齋養新錄》

當然，不論是錢氏，還是今人，都無過貶令狐德棻的意思。但《晉書》的瑕疵之多是出了名的，他只是給所有人提個醒，對於治史對於學術，到底應有怎樣的態度。

（圖是現拍的，求不嫌棄 /捂臉）

說一個近年來神經網路方面澄清的一個誤解。
BP演算法自八十年代發明以來，一直是神經網路優化的最基本的方法。神經網路普遍都是很難優化的，尤其是當中間隱含層神經元的個數較多或者隱含層層數較多的時候。長期以來，人們普遍認為，這是因為較大的神經網路中包含很多局部極小值（local minima），使得演算法容易陷入到其中某些點。這種看法持續二三十年，至少數萬篇論文中持有這種說法。舉個例子，如著名的Ackley函數。對於基於梯度的演算法，一旦陷入到其中某一個局部極值，就很難跳出來了。(圖片來自網路，壓縮有點嚴重。原圖可見Documentation/Reference/Test Functions - HeuristicLab）。

到2014年，一篇論文《Identifying and attacking the saddle point problem in
high-dimensional non-convex optimization》https://arxiv.org/pdf/1406.2572v1.pdf，指出高維優化問題中根本沒有那麼多局部極值。作者依據統計物理，隨機矩陣理論和神經網路理論的分析，以及一些經驗分析提出高維非凸優化問題之所以困難，是因為存在大量的鞍點（梯度為零並且Hessian矩陣特徵值有正有負）而不是局部極值。

鞍點（saddle point)如下圖（來自wiki）。和局部極小值相同的是，在該點處的梯度都等於零，不同在於在鞍點附近Hessian矩陣有正的和負的特徵值，即是不定的，而在局部極值附近的Hessian矩陣是正定的。

在鞍點附近，基於梯度的優化演算法（幾乎目前所有的實際使用的優化演算法都是基於梯度的）會遇到較為嚴重的問題，可能會長時間卡在該點附近。在鞍點數目極大的時候，這個問題會變得非常嚴重（下圖來自上面論文）。

這個問題目前仍有討論，不過大體上人們接受了這種觀點，即造成神經網路難以優化的一個重要（乃至主要）原因是存在大量鞍點。造成局部極值這種誤解的原因在於，人們把低維的直觀認識直接推到高維的情況。在一維情況下，局部極值是僅有的造成優化困難的情形（Hessian矩陣只有一個特徵值）。該如何處理這種情況，目前似乎沒有特別有效的方法。（歡迎評論告知）

多解釋一點。
1. 鞍點也是駐點，鞍點處的梯度為零，在一定範圍內沿梯度下降會沿著鞍點附近走，這個區域很平坦，梯度很小。
2. 優化過程不是卡在鞍點不動了(像人們以為的局部極值那樣)，而是在鞍點附近梯度很小，於是變動的幅度越來越小，loss看起來就像是卡住了。但是和local minima的差別在於，如果運行時間足夠長，SGD一類的演算法是可以走出鞍點附近的區域的（看下面的兩個鏈接）。由於這需要很長時間，在loss上看來就像是卡在local minima了。然而，從一個鞍點附近走出來，很可能會很快就進入另一個鞍點附近了。
3. 直觀來看增加一些擾動，從下降的路徑上跳出去就能繞過鞍點。但在高維的情形，這個鞍點附近的平坦區域範圍可能非常大。此外，即便從一個鞍點跳過，這個跳出來的部分很可能很快進入另一個鞍點的平坦區域—— 鞍點的數量(可能)是指數級的。

各種優化演算法在鞍點附近形態的展示，可以看動態圖An overview of gradient descent optimization algorithms 最下面的部分，非常生動形象。中文可見SGD，Adagrad，Adadelta，Adam等優化方法總結和比較。

-------第二次更新---------
有些評論提到了遺傳演算法和進化演算法（EA），這裡統一說一下。

先說優點，EA通常是不依賴於函數值的，而只依賴於點之間的大小關係，comparison-based，這樣進行迭代的時候不會受到梯度太小的影響。看起來似乎是一個可行的路子？下面說一下缺點。

說說進化演算法面對的一些普遍問題。

1. 先說CMA-ES，這是效果最好最成功的進化演算法之一，尤其是在ill-conditioned 問題和non-separable 問題上。CMA-ES （Covariance Matrix Adaptation-Evolution Strategy）和EDA (Estimation of Distribution Algorithm)的特點是 model-based，他們從一個正態分布採樣產生一組新解，使用較好的一部分（一半）新解更新分布的參數（mean， cov或對應的Cholesky factor，對CMA-ES來說還有一個獨立步長）。CMA-ES和EDA這樣基於分布的演算法大體上都能從information geometric optimization （IGO）用natural gradient 得到。IGO流的收斂性和演算法本身在一類問題上的收斂性都不是問題，Evolution path更是動量的類似。然而這些方法最大的問題在於，由於依賴隨機採樣，當維度很高的時候採樣的空間極大，需要極多的樣本來逐漸估計cov（ $O(n^2)$ 量級），採樣產生新解的時候的複雜度是(不低於）O(n^2)。EA的論文普遍只測試30,50-100維，500-1000維以上的極少，即便是各種large scale的變種也大多止步於1000。對於動輒 $10^5$ 量級的神經網路優化，基本是不可行的。

2. DE/PSO這類演算法。特點是無模型，不實用概率分布採樣的方法產生新解，使用多個點（稱為一個種群，population)之間的相互（大小）關係來模擬一個下降方向。這種基於種群的方法對有較多局部極值的問題效果較好，但是對ill-conditioned 問題性能較差，在non-separable+ill-conditioned問題效果有限。更進一步的，這類演算法為了維持種群多樣性，通常只進行兩兩比較（兩兩比較的選擇壓力小於截斷選擇，即某些新解不比父本好，但是比種群中其他解好，這樣的解被丟棄了），好的個體進入下一代。然而隨著維度增加，新生個體比父代好的比例急劇下降，在ellipsoid函數上100維左右的時候就已經降低到5%以下。實驗研究Differential Evolution algorithms applied to Neural Network training suffer from stagnation

總體上，EA在連續優化問題上的主要問題就是搜索效率不高，相比基於梯度的演算法要多 $O(n)$ 倍的搜索。與此相似的實際上是坐標下降法（coordinate descent），同樣不使用梯度，同樣要求多 $O(n)$ 倍的搜索。

3月14日補充：提一個較近的EA+NN的實驗研究。用DE訓練神經網路的研究，Differential Evolution algorithms applied to Neural Network training suffer from stagnation，Applied Soft Computing，2014。所有的DE在訓練神經網路的時候都失敗了，失敗並不是卡在局部最優（種群仍然具有多樣性）。

一個相關問題的回答：神經網路的訓練可以採用二階優化方法嗎(如Newton, Quasi Newton)？

准晶的發現（2011年諾貝爾化學獎Dan Shechtman）

iphy.ac.cn 的頁面

文獻中常提到的Shechtman在著名量子化學家Pauling那裡的遭遇——Pauling認為10次對稱的衍射花樣也許是由孿晶造成的，甚至有所謂的「沒有準晶，只有準科學家」的傳說，並非沒有合理的成分。

Quasicrystal - Wikipedia

Quasicrystals had been investigated and observed earlier, but, until the 1980s, they were disregarded in favor of the prevailing views about the atomic structure of matter.

科學網-准晶：被雙料諾獎得主鮑林斥為Nonsense的偉大發現 - 黃秀清的博文

1982年，兩位主要從事航空用高強度鋁合金研究的以色列科學家Shechtman和Blech，又是以色列人！他們無意中在急冷Al6Mn合金中發現五次對稱衍射圖，由於兩人的晶體學基礎一般，就到處請教晶體學專家，專家們認為那不過是晶體學中常見的五次孿晶，抱著試試看的態度，他們還是決定把文章寄到美國《應用物理雜誌》，不幸被不識貨的雜誌編輯直接退稿，成名後的Shechtman對此事仍耿耿於懷，他作學術報告時總喜歡把那封退稿信作為第一張透明片，來諷刺那位有眼無珠的編輯。

……

准晶的發現引發了上世紀八十年代全球性的准晶熱，中日美成為引領准晶研究的三駕馬車，各種准晶材料和結構被發現（下圖分別是三十面體和十二面體准晶），當然，也有不少研究者「頓足捶胸」，這不是自己N年前就發現的東西嗎？准晶的發現也刺激了某些權威的神經，以雙料諾貝爾獎獲得者鮑林（Pauling：1954年諾貝爾化學獎，1962年和平獎，1995年去世）為代表的保守勢力，要誓死捍衛傳統晶體理論的「純潔性」，他們認為所謂准晶就是眾人皆知的孿晶，在Nature發文用「Nonsense」這個詞形容准晶的發現，並利用自己的特殊身份在美國科學院院報上連發檄文，歇斯底里地反對準晶，可嘆，老先生晚節不保。

（註：科學網的這篇博文和中科院物理所的那篇評述有很多細節不符，僅供參考。）

說一個學術界自身的吧：就是很長時間以來人們過分相信權威，既包括權威大牛發表的文章，也包括對權威學術期刊發表的文章，比如行內人常說的CNS，就是《細胞》、《自然》、《科學》。直到幾年前，流行的概念是那上面發表的結果肯定沒錯。即使是最最具有質疑精神的，看到了文獻的引用數也就打住了。比如一個科學發現被引用了1000次，那也就是說有1000個行內人、專家都認同，都支持、都背書，你還有什麼可說的？！

這種思維和科研運作模式少說也持續了二十來年。然後在二十一世紀的disruptive 浪潮下，偏偏有人不信邪，非要親自驗證一下那些所謂的經典論文(landmark papers)到底成立不成立。好死不死，他們還專門選了跟老百姓性命攸關的癌症研究來驗證。

這一試，就掀起了軒然大波！

竟然有高達89% （53份報告中的47份）中的實驗結論沒有能夠獨立重複出來！要知道，這都是被引用成千上萬次，被無數人背書，繼續發展到預臨床、臨床的腫瘤學「發現「啊！有多少人因此延誤了病情，白白當了不能重複的「發現」的小白鼠。（好吧，我煽情了！不喜歡的自動跳過這句。）

所以2012年此文一出，就好像引發了一場地震一樣。

打個不恰當的比方，或許就像《皇帝的新衣》里的孩子，忽然捅破了很多其實業內人心知肚明的拉幫結派、盲從跟風的模式，然後讓所有人都大吃一驚！（你怎麼可以就醬紫捅出來？！我的經費、我的職稱怎麼辦啊怎麼辦？！）

其實吧，製藥公司拚命喊這麼一嗓子，也是被逼得忍無可忍了：你丫學術界有事沒事就放衛星！然後互相背書！！放完衛星你們名利雙收。忽悠得我們費錢費力，整一個葯花N個葯的錢，合算光給你們證偽了！！

這事得有！個！說！法！

Drug development: Raise standards for preclinical cancer research G.Glenn Begley Lee M. Ellis. Nature 483, 531-533, 28 March 2012

然後各種鋪天蓋地的震驚、反思、辯解、補救方法的文章我就不引了。不難推理，如果被公認為經典的、具有里程碑意義的53個腫瘤學發現都是這個準確率（11%），那些影響力小一些的文章，以及不跟人性命攸關的研究能有多離譜！

至少慶幸的是畢竟捅破了，大家的警惕性，尤其是那些說話有份量的，尤其是那些出錢的金主們比如NIH 的警惕性，提高了不少。到4年後的今天仍然餘波不斷。具有諷刺性的一點是，這個關於「重複不出來」的報告是可以重複出來的，也就是說高達87%的證偽率是靠譜的。

這算是最近5年來學術界（尤其是生物醫學界）最「打臉」的一件事了吧。然後連帶著掀起了一場質疑大牛、重複經典的潮流，害得其他學科被「殃及池魚」，那就是後話了。

12/06 更新：

感謝大家慷慨點贊。將比較集中的評論的答案補充如下：

1.要求原文。其實已經列了，可能藏在文章里不太明顯，這裡再列一遍。加粗，畫杠，引起注意。

Drug development: Raise standards for preclinical cancer research G.Glenn Begley Lee M. Ellis. Nature 483, 531-533, 28 March 2012
也可以搜重點：53 landmark cancer papers that cannot be reproduced
中文粗略搜了一下，只找到這麼一條相關的，也不是全文翻譯。如果有發現全文翻譯的請不吝寫到評論里，我可以補充。
[轉載]《自然》:癌症基礎研究被指大多不可靠(ZT)
科學網-[轉載]《自然》:癌症基礎研究被指大多不可靠(ZT) - 高莉的博文

2. 好幾個評論說應該把具體的重複不出來的實驗列出來。
我同意。關於這個，又去重讀了一遍原文。但是這個報道里說，作者跟很多原論文的作者聯繫，簽了保密協議以後才正式投稿發表的，所以不會公開指出哪些實驗不能重複。
好吧，你要保密，那我們這些吃瓜群眾憑什麼相信你說的就是真的呢？文章列了幾條理由：
（1）安進位葯(Amgen)，就是這個喊「皇帝新衣」的始作俑者，拉了同樣飽受學術界慣放衛星之苦的其他製藥公司背書。原文里提的有德國的拜耳製藥(Bayer)，一年以前就「弱弱地」抱怨過，不過震撼力不夠大就是了。
"A team at Bayer HealthCare in Germany last year reported that only about 25% of published preclinical studies could be validated to the point at which projects could continue." －－引自原文。

（2）文章發表不久，安進又拉了幾個製藥、出版界的權威人物（當時的《科學》主編）在F1000Research 上搞了一個電子論壇：The Preclinical Reproducibility and Robustness channel. About this Channel - F1000Research

一時沒找到標準譯文，姑且翻成「關於臨床前研究可重複性和可靠性的頻道「吧。言外之意就是，以前的咱就翻篇兒了。以後誰再隨便放衛星耍我們這些」辛辛苦苦」弄葯的，咱立馬曝光。

3. 一些後續發展。

安進位葯搞了這麼一回大的，輕易也撂不了挑子了。除了上面的這個反（jv) 饋(bao)頻道以外，四年來一直在不遺餘力地驗證、重複。好吧，這其實是他們自身搞葯的需要。

今年又發了一篇算是後續的相關報道吧。這回不客氣，直接揪了三個大衛星出來做筏子。不過估計這幾個早就是業界公認瞎忽悠、引起公憤的了。（包括一個自黑的，以表真心。）

出處：Biotech giant publishes failures to confirm high-profile science， Nature／News, 04 February 2016

幾個被揭穿的，全是權威雜誌上的啊。

One study adds to existing criticism of a Science paper that suggested that a cancer drug might be a potential treatment for Alzheimer』s disease2; a second counters earlier findings (including some by Amgen researchers) connecting a gene to insulin sensitivity in mice3, 4; and a third counters a Nature paper reporting that inhibiting one particular protein could enhance degradation of other proteins associated with neurodegenerative diseases5.

4. 國際撤稿專(guan)家(fan)黑名單

看到好幾個評論提韓春雨。不是為他辯解，其實這哥們在國際衛星釋放者裡面根本排不上號。先不說小保方晴子這等奇葩了，就比如德國有個如超新星一樣綻放又幻滅的搞物理的哥們，那奇（wu)葩(chi)的經歷都專門在wiki 上佔了個詞條：Sch?n scandal （舍恩事件）。我覺得直譯成「騙局」更合適。誰翻譯得這麼含蓄啊。

另外這個跟蹤撤稿(retraction)黑歷史的網站，真是不看不知道，世界真奇(huan)葩(mie)啊。有興(xu)趣(yao)的去查查吧，說不定哪個你心心念念仰慕的大牛就在裡面呢。The Retraction Watch Leaderboard - Retraction Watch

以上。有不清楚或者需要更正的再補充。

12/10 補充：

看到好幾條評論說「重複不出來」表述不清。這個有點算行話吧，所以沒解釋清楚。

所謂重複得出來就是指一個實驗結果被別人成功獨立重複的次數。只有獨立重複的次數多了，才能證明一篇論文里所描述的現象或者發明不是因為偶然因素髮生、甚至誇大、作假而獲得的。比如最近的韓春雨事件，就是一票人都不能按照他所描述的實驗方法取得相同的實驗結果，所以被質疑作假。

在17年前，澳大利亞科學家發現了神秘的無線電信號，在此後的17年間，科學家們試圖用各種研究和理論解釋這些神秘的信號，因為地球上其他任何設備都從未接收到類似信號。這個時隱時現的神秘信號被稱為「佩利頓」，為了解釋它的存在，科學家們提出了多種不同的理論，有人認為這是蒸發的黑洞發出的信號，也有人認為是中子星合併時發出的電磁脈衝，更有人堅信這是外形文明的通訊信號。
結果，這神奇的信號，竟然被天文台的一名研究生證明是隔壁的微波爐產生的。
這個算不算？

說一個神經科學上里程碑式的一個事件，即神經元間信號的傳導方式。
現在我們都可以說出神經元與神經元之間的信號傳導主要是通過突觸前膜分泌神經遞質而作用於突觸後膜從而產生由電信號到化學信號再到電信號的傳導方式來實現信號傳遞的。當然在一些特殊情況下，例如需求同步性很高的神經元，它們之間往往是電信號的直接傳導。
說到神經元與神經元之間的信號傳導方式，其實主要要解決的問題是神經元與神經元之間的連接方式。不難理解，若不同神經元之間的樹突軸突是相互融合連接的話，那麼不同神經元之間的信號傳導應該為電信號的直接傳遞，就如同電信號在單個神經元軸突傳遞那樣。不過若是神經元之間並不存在直接的接觸的話，那麼可以推測前一個神經元需要分泌個什麼東西，而作用於後一個神經元才能進行信號的傳遞。
而在約100年前第一次由Camillo Golgi（也是高爾基體的發現者，高爾基體以其名字命名，1906因對神經系統的研究而獲得諾貝爾生理與醫學獎）觀察並記錄到神經元與神經元的連接，在那之前及從那以後學術界都一直認同Golgi的觀點，即神經元應該是相互融合而形成網狀結構的從而神經元之間的傳導方式是電信號的傳導。不過在之後被Santiago Ramón y Cajal（Cajal body的發現者，後被命名為Cajal小體，被很多人認為是現代神經科學之父，同因對神經系統的研究而獲得1906年諾貝爾生理與醫學獎）所質疑，並最終被實驗所證實Cajal的觀點才是正確的。
回顧一下這一精彩的過程。
19世紀，顯微鏡技術開始大步發展，人們有機會從更微觀的角度去認知生物世界，科學家很快發現植物細胞都是相互獨立存在的，並沒有直接的連接關係，而這一現象是否同樣存在於動物細胞，特別是神經系統中並沒有得到解決。因為大腦本身特別脆弱且神經組織在顯微鏡下並沒有顯著的可觀測特性，這問題始終存在。直到19世紀末，Golgi開創性的提出可將重鉻酸鉀－硝酸銀染色用於大腦切片，就可以極為清晰的看到神經系統的結構，後這一染色方法也被命名為高爾基染色法。

圖1. 高爾基染色法染色的神經元圖像

圖2.Golgi的手稿，展示他所看到的染色結果。

圖3.Golgi手稿，展示他所看到的小腦的神經網狀連接。

正如上圖所示Golgi驚奇於他的染色方法能有如此震撼的表現力時，他也發現神經與神經的連接是呈現網狀連接的，且連接並沒有明顯的兩個神經元之間斷開的地方。所以他依舊執著的和主流科學界一起堅信神經元間是融合連接的且神經元間的傳遞是電信號傳遞。
當Cajal第一次在顯微鏡下見到高爾基的染色結果時他也被震驚了，立即他就投入到了用高爾基染色法染色各個神經系統的實驗中，在他後來的報告中，他基本驗證了高爾基對於小腦中不同神經元的分類結果，不過當他使用cat spinal motoneurone做染色時，他提出了他自己的對於神經元連接的觀察，他認為每個神經元應該是獨立的，就算不同神經元的樹突軸突有相互觸碰的情況，也不會造成神經元的融合，從而獨立的兩個神經元間的信號傳導得通過比如化學遞質的協助。

圖4.Cajal所認為的神經元的連接是不連續的（A－a點）。

不過由於缺乏直接的對於神經連接結構（現在我們知道那叫做突觸）的更細緻觀察，這一爭執一直被擱置了很多年，直到20世紀中葉，實驗神經學家開發出了細胞內電位記錄的方法，才從電生理的角度解決了這一問題。
cat spinal motoneurone細胞內電位記錄的結果主要表明：
a，後一個神經元對上一個神經元的反應有一定的延遲。
b，抑制性信號傳導時，前後兩個神經元中電位的變化是反向的。
c，神經元的細胞膜的通透性在信號傳導過程中有極為重要的作用。
簡單說來，如果按Golgi所說，細胞間是連續的，那麼傳導過程應該是以電信號傳導，也就是不應該存在延遲。且，前後神經元的點位變化應該是抑制的，不論是興奮性傳導還是抑制性傳導，不過實驗結果表明在抑制性時，前神經元電位時先升高後緩慢恢復，而後一個神經元點位卻是先降低再緩慢恢復。再，對於細胞膜通透性的研究表明細胞膜在傳遞信號的過程中很有可能受到了什麼東西的作用。這些證據全然否定了Golgi的連續性猜想，也堅定了可能有神經遞質在神經信號傳導中起作用的理論。
而弄清這些神經遞質的化學身份，找到這些遞質作用的受體，從電鏡下直接觀察到突觸的結構，才為這一問題畫上句號。不過隨後科學家又發現，並非所有傳導都是化學傳導，依舊存在電傳導的形式，所以Golgi到底錯了嗎？

reference：

1. SANTIAGORAMO?N Y CAJAL
The structure and connexions of neurons

Nobel Lecture，1906

2. CAMILLOGOLGI

The neuron doctrine - theory and facts

Nobel Lecture，1906

3. L. G. BROCK, J. S. COOMBS AND J. C. ECCLES

THE RECORDING OF POTENTIALS FROM MOTO-
NEURONES WITH AN

INTRACELLULAR ELECTRODE.

Journal of Physiology，1952

4. Mitch Glickstein

Golgi and Cajal:
The neuron
doctrine and the
100th anniversary
of the 1906

Nobel
Prize.

Current Biology，2006

《孫子兵法》與《孫臏兵法》究竟是不是同一本書？

史學界考證了千餘年最終被打臉。

孫子即孫武，齊國人，由於齊國戰亂，為了避亂到了吳國，到了吳國以後寫成《孫子兵法》。

孫臏，齊國人，孫武的後代，著有《孫臏兵法》。

《漢書·藝文志》中，提到了兩個《孫子兵法》，一個是《吳孫子兵法》，顯然是傳世的《孫子兵法》。又有《齊孫子》八十九篇，這個當然就是指的《孫臏兵法》。

然而《吳孫子兵法》流傳下來了，人人皆可得見，可《齊孫子》也就是《孫臏兵法》卻失傳了，自漢以後，就再沒人見過。到唐朝人編寫《隋書》時，《經籍志》中就沒有收錄《孫臏兵法》，《齊孫子》大約在東漢末年便已失傳。

由於吳孫子（即孫武）的事迹記載很模糊，只有《史記》上傳說性質的記述，而在《左傳》中則沒有這個人。而傳世的孫子兵法也只有一部。因此人們開始認為根本沒有兩個孫子，孫武與孫臏其實是一個人。那麼孫子兵法當然也只有一部。

南宋時葉適經考證認定，孫武並無其人，純系辯士們妄造。

北宋梅堯臣、清代姚鼐以及近代的梁啟超，則都認為有孫武其人，但只有一部《孫子兵法》。

日本學者齋藤拙堂提出武、臏乃同一人，孫武為其名，「臏」為其綽號。

直到錢穆在《先秦諸子系年考辯》中詳細考證，認為孫臏和孫武是同一人，他的著作就是《孫子兵法》，根本不存在《孫臏兵法》一書。武、臏為同一人，《孫臏兵法》乃虛構已成共識。

1972年，在山東臨沂的銀雀山漢墓中，出土了一批竹簡，其中有兩部書，名字赫然都是《孫子兵法》，其中一部和現在傳世的《孫子兵法》相同，顯然是《吳孫子兵法》，另外一部則是以孫臏為主角的，當然就是傳說中的《孫臏兵法》。至此迷霧豁然而開，確實有兩個孫子，確實有兩部《孫子兵法》。

針對 @阿爾吉農的回答，我想說以下幾點：
對於他的回答主要有以下三個問題
1、請說明一下大陸漂移學說和板塊構造理論的關係，一個斜杠是什麼意思；
2、地槽-地台學說的時間和解釋；
3、魏格納提出大陸漂移學說可不是什麼「一個和民科差不了多少的外行提出」。

一、槽台學說
1、地槽的發現和提出：
1859年美國古生物學家霍爾發現在阿帕拉契軸帶曾經存在一個邊沉積邊沉陷的長條形盆地。14年後，1873年美國礦物學家丹納將霍爾發現的長條沉陷盆地命名為「
地槽」，在收縮論的基礎上創立地槽理論。
地槽的概念：地槽是地殼上強烈的構造帶，曾經為巨大的拗陷帶，沉積有巨厚的海相沉積物，在發展過程中各種活動都十分強烈，最後轉變為褶皺山脈。
2、地台的提出：
1885年奧地利地質學家休斯（E.Suess）提出的，他認為地台是地殼上穩定的，自形成後不再遭受褶皺變形的地區，地層產狀緩、地形平坦。後來被俄國學者卡爾賓斯基和阿爾漢格斯基進一步完善，並提出地台具有雙層結構。
地台的概念：地台是地殼上穩定的，自形成後不再遭受褶皺變形的地區，地層產狀緩、地形平坦。主要分為基底和蓋層兩部分。沒有蓋層的地台又稱為「地盾」。
槽台學說把地殼劃分為活動單元（地槽）和穩定單元（地台），並以他們之間的轉化作為地殼演化的標誌。但局限在將整個地殼演化都歸於由活動到穩定地槽到地台的簡單過程，並認為地台是演化的終結。
所以這並非簡單的一句「於是他們發展出了地槽-地台學說。該學說的解釋是，物質上升造成隆起，物質下降則造成凹陷。」而且時間上也和「這個學說從十九世紀中葉開始統治地學界」不符。
槽台學說屬於經典大地構造學說，那麼中國也有各種大地構造學派，如黃汲清先生提出的多旋迴理論、陳國達先生提出的地窪學說等等，很多都是和槽台理論相互彌補，以解釋諸多地質現象。
二、大陸漂移學說：
魏格納（Wegener，Lother Alfred，1880－1930），德國天文、氣象、地球物理學家。
最初（1910年末），受到大西洋兩側的非洲和南美洲大陸輪廓酷似的啟發，產生過大西洋兩側大陸曾經相連，是後來被撕裂和漂移開了的想法。
1911年秋，魏格納讀到了奧地利地質學家修斯關於岡瓦納古陸的文章，文章中列舉了許多古生物和地層的證據，論證南美、印度、澳大利亞和非洲陸地曾經通過陸橋連為一體。這激發了他的熱情，在此後的短短几個月中，他研究了大量原來並不十分熟悉的地質、古生物資料，並得出了關於大陸漂移的「重要的、肯定的論證」。
1912年1月6日，以他的第一篇論文（約70打字頁）為主要內容，走上了法蘭克福德國地質聯合會的講壇，做了題為「根據地球物理學論地殼輪廓的形成」的演講，報告引起震驚和嘩然。幾天之後，在馬爾堡科學協進會上，宣布他的第二篇題為「大陸的水平位移」的論文。這次的聽眾來自具有更廣泛專業背景的人群，獲得的反映較為正面。
1914年第一次世界大戰爆發，魏格納應徵入伍。1915年，他利用負傷休假期間，將他的思想整理成名為《海陸的起源》一書發表，更系統地闡述了大陸漂移的理論。到1922年，該書已三次再版，後又被譯成多種文字，成為在學術界引起激烈爭論的新地球科學觀的經典著作。
1930年4月1日，魏格納帶領一批科學家乘坐「旗魚號」前往格陵蘭考察，下圖是出發前的情景。

6月15日，一支隊伍前往距離海岸400千米的冰層上建立營地，惡略的天氣阻礙了營地的物資補給。9月21日魏格納親自率領一支14人的救援小組前往營地運送物資，中途12人退出返回，魏格納和另外兩個同伴經過40天的跋涉把救援物資送到了營地。11月1日在營地度過了50歲的生日後和一個夥伴返回基地，另一個夥伴留在基地療傷，兩人在路途中遇難。1931年5月，魏格納的哥哥沿著魏格納的路線尋找，終於發現了魏格納的遺體。魏格納提出大陸漂移學說的證據主要有：

最直接的證據：大西洋兩側大陸輪廓的一致性。

同時代動植物化石（特別是一些不能夠漂洋過海的化石，如舌羊齒植物化石，種子顆粒大，不能被風攜帶漂洋過海；水龍獸，一種嚴格的陸生動物）在南美、南非、澳大利亞、印度及南極區同一時代岩石中均有發現。魏格納之前，為了解釋陸生動物何以能在相距很遠的大陸之間交流，學者們曾提出過「陸橋」假說，但他卻巧妙地將此作為大陸漂移的證據。

在地質學方面，他首先詳細論證了大西洋兩側大陸地質構造的對比和連接問題，證據包括：巴西高原和非洲高原的5種岩石類型均可一一對比；南美和非洲大陸褶皺山脈的可對比和可連接性等。

之後他又討論了格陵蘭與赫布里底、法魯島、格陵蘭與北美拼接的細節，討論相當深入。接著，他從地質的角度討論了馬達加斯加島與印度次大陸：根據馬達加斯加島與非洲之間，在第三紀（距今65～1.6百萬年）仍有相似的動物群，他提出，馬達加斯加島於第三紀後才從非洲分離；他根據地質資料認為，印度次大陸向北漂移達3000千米之遙。他的地質論證還涉及澳洲大陸周緣的一些細節。
此外他根據地球物理上的一些數據，如有限的地震波速、磁學數據等等，建立起洋殼為硅鎂質、地殼為硅鋁質的地球上層模型，除一些細節外基本是正確的。
當然，後人還有冰川和極移曲線等方面的證據。

綜上，魏格納利用了在他那個時代地球科學所擁有的地球物理、古生物、古氣候、地質構造等資料，論證了地質歷史中，地球上的所有大陸曾經聯合在一起。他稱這個聯合古陸為潘加亞大陸（Pangea）。《海陸的起源》一書論證系統而嚴密，有些關鍵的論據，即使在今天看，也沒有失去它的意義。
但是，魏格納絕不是提出地球上的大陸曾經聯合在一起的第一人。

這張圖上所顯示的、大西洋兩側大陸輪廓的相似和可拼合性，曾引起過許多科學先驅的注意。
有據可查的有：奧爾泰利烏斯（Ortelius，1596）；培根（Bacon，1620）；普拉塞（Placet，1668）；布豐（Buffon，1749）和洪堡（Humbolt，1845）等。義大利裔學者施奈德（Snider－Pellegrini，1858）可能是第一位明確提出大西洋是由一個原大陸分裂而形成的人。到了19世紀末和20世紀初，更是有多位學者發表過與大陸漂移相類似的觀點,如義大利地質學家薩科（Sacco，1895，1906），美國學者畢克林（Pickering，1907），泰勒（Taylor，1910）和貝克爾（Baker，1911）等。
僅管如此，魏格納仍然是學術界公認的第一位提出和系統論證了大陸漂移說的人，是該學說的創始人。這一方面是因為地球科學已經發展到了有可能用實際資料去系統論證、而不只是空想「大陸漂移」的時代，魏格納正是牢牢把握機遇，集先進思想和新事實之大成，站在了當時地球科學的前沿，做出了無愧於時代的巨大貢獻；另一方面，作為一個科學家，魏格納個人的優秀品德，他的執著、勇氣和一往無前的獻身精神等對於他的成功無疑也是有決定意義的。這也根本不是什麼「最初的設想由一個民科差不了多少的外行提出」。
大陸漂移說在上個世紀的20－30年代深深震撼了地球科學界，但在激烈的爭論中並未贏得在學術界的主導地位；相反，在30年代以後，卻很快地衰落了（這個也很可能由於魏格納在科考途中遇難，學說推動受阻）。這主要是在漂移的可能性和漂移的動力兩方面出了問題。

魏格納設想，剛性的硅鋁質大陸殼在緩慢加壓具有可流動性質的層上可以長距離漂移。然而，限於當時的科學水平，卻不能證明這種層（相當於現代概念的軟流層）的存在，更不用說指出它的具體位置了。因此，魏格納只能推斷硅鋁質大陸殼是在硅鎂質大洋底上漂移。而硅鎂質洋底具有可流動性是不被接受的。
其次，魏格納設想的大陸漂移的動力與地球的自轉運動有關，但並不能證明這個力足以推動大陸長距離漂移。雖然在那個時代已經有的地幔對流觀點，但這個意義重大的觀點卻並沒有被魏格納所吸納和用來解決大陸漂移的動力問題。魏格納將大洋的形成看成是大陸分裂的結果，而不是原因，可能正是這個偏見妨礙了他。

三、板塊構造學說則是在大陸漂移學說、海底擴張學說之後再結合相當多的地震數據、海底磁異常條帶、海底地熱流異常和地質現象（全球大陸裂谷、大洋中脊等）等等提出。1968年在一次學術交流會上，當時的幾位青年地質學家勒比雄（X. Le Pichon）、摩根（W. J. Morgan）、麥肯齊（D. P. Mckenzie）等不約而同地提出了板塊構造學說。

如今板塊構造學說被大家所認可和接受，當然仍存在一些問題，但也在一直向前探索。
以上內容，基本來自本人上課老師的課件。當然，相當多的東西上網查一查都是有的。

一個學說的誕生、發展都是一代代科學家嚴密論證、探索的結果，槽台學說有其局限性，但在當時的環境下能夠解釋相當多的地質現象，對於人類的生產生活也有相當的指導意義。隨著科學的進步發展，人們逐漸發現其局限性，從而被新的學說所替代。
魏格納雖然是德國天文、氣象、地球物理學家，但他提出大陸漂移學說之前，研究了大量的並不熟悉的地質、古生物資料，他提出這些說法是經過了自己嚴密的推理論證的，也是用了相當多的實際資料去系統論證。當時不被主流科學界接受自然是由於學說初期在論證上的不足，但當相關的證據可以佐證時，自然會重新出現在人們的視線當中。魏格納作為一個優秀的科學工作者，即便是在自己不熟悉的領域內，也是以事實為依據，大膽假設、小心論證的。這哪是什麼「民科」那樣四處推銷自己的理論。

非本行業的問題當然可以寫，但是起碼也該查一查相應的資料再說吧。

諾貝爾獎中存在問題並帶來負面影響的幾個案例：

1．致癌微生物「癌蟲」的發現。

約翰尼斯·菲比格，是丹麥的病理學家和細菌學家，他因發現筒線蟲所導致的大鼠胃癌而多次獲得諾貝爾獎的提名，並得到其好友著名學者Henschen的舉薦，終於在1926年如願以償，成為腫瘤學領域第一個諾貝爾生理學或醫學獎獲得者。然而，之後菲比格的實驗結果屢遭質疑，直到多年以後真實原因才得以揭曉。

菲比格在1890年畢業於哥本哈根大學醫學院，之後去了柏林研究白喉並獲得了博士學位，在1900年返回丹麥擔任病理解剖學研究所的所長，直至1928年去世。據說在他年輕貌美的妻子被癌症奪走生命以後，菲比格便全身心的投入了對癌症的研究。

20世紀初，微生物學領域的快速發展激起了業內尋找病原微生物的巨大興趣；而病菌學的流行，使得人們很自然的將癌症與微生物聯繫起來。

1907年，菲比格在一些用於研究的野生大鼠的胃隱窩中，觀察到伴有乳頭狀瘤形成的上皮增生，在其中一些腫瘤內找到了類似螺旋體的寄生線蟲和其蟲卵。在研究了線蟲和蟲卵與癌症的關係後，菲比格並沒有找到原因。但是他發現了這些源於南美和西印度的小蟲子可能是通過糖類貿易隨其宿主蟑螂而來到歐洲的。當時菲比格將這種小蟲子命名為致瘤性螺旋蟲，後來被證實為是筒線蟲(Gongylonema)。

用感染了筒線蟲幼蟲的蟑螂餵養健康大鼠，可引起胃部炎症、上皮增生和乳頭狀瘤形成，有些上皮瘤是惡性的，甚至可以發生肺轉移，菲比格據此認為筒線蟲可導致大鼠胃癌。

菲比格在1913年發表了他的研究成果，他的好友瑞典病理學家Folk Henschen給予了高度評價，認為菲比格的發現開創了一個新紀元，並極力向諾貝爾獎委員會推薦菲比格作為候選人。當時，著名學者Bergstrand曾指出這項研究缺乏新意，但並沒有懷疑結果的可靠性。1918年，Bullock和Rohdenburg指出菲比格觀察到的現象只是細胞的過度反應而非惡性病變，菲比格對此做出了解釋，其間也有人用菲比格提供的材料進行過實驗，爭議也就此平息了。

並且因為當時普遍認為癌症是一種寄生性疾病，所以菲比格最終在1926年被授予了諾貝爾生理學或醫學獎。

但在1935年，學者Richard Passey等卻發現正常飲食、感染了線蟲的大鼠並不會發展為癌症，他認為菲比格可能是將維生素A缺乏所導致的胃黏膜化生錯誤的判斷為癌變（化生是一種分化成熟的組織轉變成另一種成熟組織可逆轉的適應現象）。1952年，美國學者Hitchcock和Bell進一步發現，只有在線蟲感染和維生素A缺乏這兩種因素並存時，大鼠的胃隱窩中才會出現乳頭狀瘤；他們還對菲比格論文中的顯微圖像重新進行了確認，結果表明所謂的癌變其實只是進展性的良性病變。

因為菲比格當時餵養大鼠用的是麵包，所以他們推測這些大鼠可能普遍存在缺乏維生素A的情況；估計在那個年代，人們也不是很清楚營養不良的後果，更不會知道維生素A的缺乏可以引起化生過程。

菲比格時代的研究在方法上缺乏嚴謹性，甚至在對癌症的研究中也很少考慮設置隨機對照組，這樣一個既沒有嚴格對照也沒有反覆驗證的結果，本不應當通過評審而被授予諾貝爾獎的。菲比格筒線蟲引起大鼠胃癌的研究結果，已經被認為是錯誤的，因此有些人認為菲比格的獎項應該被取消，不過另外一部分人則認為菲比格的研究顯示了外在因子能夠誘導癌症的發生，並且菲比格是第一個嘗試在實驗室動物身上誘發癌症的人。

早在1775年，英國外科醫生波特發現陰囊皮膚癌的患者多是煙囪清潔工。1914年，日本東京大學教授山極勝三郎和市川厚一受到這個職業癌案例記載的啟發，將煤焦油長期塗在兔耳的內側面發現也會引起皮膚癌，他們通過實驗方法成功的誘發了世界最初的人工癌。為此，大英百科全書後來將山極和市川的這個實驗視作癌症研究的里程碑，而沒有提及菲比格。

菲比格事件對於諾貝爾獎委員會的教訓是深刻的，對他自己的聲譽也產生了很大影響，在網上隨便一搜便知，如今菲比格已經被諷刺為了一個「癌蟲」精神病。這樣做是很不尊重也很不公平的，畢竟科學是一個漸進的發展過程。

實際上，菲比格是一位非常執著、具有獻身精神的科學家，他對白喉和肺結核進行的早期研究，表明了醫學研究在公共衛生中起到的決定性作用，菲比格深受身邊同事甚至競爭者的首肯。1927年12月菲比格到瑞典斯德哥爾摩參加諾貝爾獎的頒獎儀式後即回到丹麥，本來還有很多研究工作要開展，但卻不幸在1928年1月死於結腸癌，令人惋惜。菲比格的科研精神是無可挑剔的，只是他在實驗方法設計上存在缺陷、對結果判斷失誤；諾貝爾獎的光環，在他去世多年後反而帶來了無數嘲笑，卻是他無論如何也想不到的，也是我們對於科學錯誤的寬容度和輿論暴力需要反思之處。

並且，如同病毒性癌症、細菌性癌那樣真正的寄生蟲性癌是否存在，弓形蟲、肝吸蟲、血吸蟲等形形色色的寄生蟲感染是否與腫瘤的發生和發展有直接關係仍然是未知的。研究病毒、細菌、寄生蟲及其它病原體感染與腫瘤的關係是科研中的重要課題。

2、導致行為怪誕的腦白質切開術。

1935年，葡萄牙神經病學家安東尼奧·莫尼斯（Antonio Moniz）參加了在倫敦召開的第二屆國際神經病學會議。在這次會議上，他聽到了一則報告，稱一隻明顯神經質的猴子在額葉損傷之後變得鬆弛多了。這使莫尼斯頓生靈感，提出一種類似的方法用來治療疑難病例。他發展出了一種名為「腦白質切開術（leucotomy）」的技術，這一術語來自於希臘語，意為「切開白色物質」，這裡指的是切開連接額葉和其他腦區之間的神經纖維。

莫尼斯把這種方法用在狂暴的精神病等患者身上，通過切開部分腦額葉白質，使狂暴的患者獲得安靜。當他的試驗結果公布之後，被認為是外科手術的一次革命，不少醫生紛紛效仿。

1949年，安東尼奧·莫尼斯和華爾特·赫斯，因「發現了腦白質切開術對某些精神疾病的治療價值」而獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。

直到20世紀60年代，額葉白質切開術仍然是處理抑鬱、焦慮、恐懼和侵犯等一系列極其強烈而持久的情緒反應的可選療法。1936年至1978年間，在美國大約有35000個病人接受了這種外科手術；自60年代後期起，腦白質切開術的施行例數逐年下降。幾十年前，臨床醫生似乎只有外科手術這樣一種可行的治療方案；現在，他們手頭已經有了更加有效的藥物，而且也最終意識到這種手術可能導致認知的缺陷。

少數精神病患者在接受了莫尼斯等醫生的手術之後，永遠地「安靜」了（死亡率較高），大多數倖存者也都變成了「植物人」一樣，形同行屍走肉。

在腦白質切開術的全盛時期，這種手術被認為幾乎不產生副作用。漸漸的，人們開始發現其療效並非無可爭議，事實上它的副作用相當嚴重。這些接受過手術的病人在性格上發生了巨大的變化，變得專橫、優柔寡斷、傲慢、頑固、缺乏預見、感情漠然。手術後的額葉受損病人在處理特定問題時，往往拘泥於陳規、缺乏創新能力；他們不能根據外界環境的變化來調整或改變行為，只是執著的沉溺於舊時的經驗。

讓額葉受損的病人或猴子執行某些特定的實驗操作，使得人們對這種機能障礙的大致狀況逐漸清晰起來。例如，讓病人進行一項操作：先按符號的顏色對卡片進行分類，然後再按照符號的形狀加以分類，他們往往不能按規則加以更換。

科學家把這種我們正常人都具備的能力稱為工作記憶，即完成一項任務的工作框架（俗稱為「腦的黑板」）。在工作記憶受損時，難以記住事件正確的前後關係。不過，額葉皮質損傷所造成的障礙不僅僅是對記憶有影響，這種損傷的另一個嚴重後果是，喪失了言語上的自發行為：這些病人傾向於不願意接受信息、離群索居、行為怪誕。

典型案例：被彈片擊中頭部傷及額葉的麥克，為什麼會從聰明有為的偵察兵變成失去了計劃未來、向長期目標努力或是顧及行為後果能力的人？

3、殺蟲劑DDT。

1962年，美國海洋生物學家萊切爾·卡遜在其著作《寂靜的春天》中曾描寫過一座籠罩在殺蟲劑陰影下的死寂城鎮。她懷疑，DDT進入食物鏈，是導致一些食肉和食魚的鳥類接近滅絕的主要原因。

DDT是由歐特馬-勤德勒於1874年首次合成，但是這種化合物具有殺蟲劑效果的特性卻是1939年才被瑞士化學家米勒(Paul Hermann Müller)發掘出來的，該產品幾乎對所有的昆蟲都非常有效。第二次世界大戰期間，DDT的使用範圍迅速得到了擴大，而且通過防蚊在瘧疾、痢疾等疾病的控制方面大顯身手，拯救了很多生命，並且因防治病蟲害還帶來了農作物的增產。

1948年,米勒因合成高效有機殺蟲劑DDT獲諾貝爾生理學或醫學獎。

但經過多年的研究發現DDT殺蟲劑可以積蓄在植物和動物組織里，進入食物鏈之後，最終會在動物體內富集，例如在游隼、禿頭鷹和魚鷹這些鳥類中富集。由於氯化烴會干擾鳥類鈣的代謝，致使其生殖功能紊亂，使蛋殼變薄，結果使一些食肉和食魚的鳥類接近滅絕。並且，一些昆蟲也會對DDT逐漸產生抗藥性。因此，從70年代後DDT逐漸被世界各國明令禁止生產和使用。

科學家們還發現，白頭海雕血液中有毒化學物質的含量明顯高於其他猛禽。這是因為白頭海雕位於一條很長的食物鏈的頂端，更容易受到各種環境污染的危害，許多白頭海雕的生殖器官和腦組織都因此受到損傷。更為嚴重的是，大量的胚胎常死於母體內過量的有毒化學物質，白頭海雕的數量因此而急劇減少。美國正在大力拯救瀕危的白頭海雕，並已卓見成效。

2001年的《流行病學》雜誌提到，科學家通過抽查24名16到28歲墨西哥男子的血樣，首次證實了人體內DDT水平升高會導致精子數目減少。除此以外，新生兒的早產和初生時體重的增加也和DDT有某種聯繫，已有的醫學研究還表明了它對人類的肝臟功能和形態有影響，並有明顯的致癌性。

由於在全世界禁用DDT等有機氯殺蟲劑，以及在1962年以後又放鬆了對瘧疾的警惕，瘧疾很快就在第三世界國家中捲土重來。如今，在發展中國家，特別是在非洲國家，每年大約有一億多的瘧疾新發病例，大約有100多萬人死於瘧疾，而且其中大多數是兒童。

例如1969年，在反DDT的思潮中，美國撤回了對斯里蘭卡DDT防蚊項目的援助，僅僅過了一年斯里蘭卡的瘧疾患者增加到了50萬，而1968年斯里蘭卡全年瘧疾的感染人數只有17名。

瘧疾目前還是落後國家最主要的病因與死因，這除了與瘧原蟲對氯奎寧等治療藥物產生抗藥性外，也與還沒有找到一種經濟有效、對環境危害小、能代替DDT的殺蟲劑有關。基於此，世界衛生組織於2002年宣布，重新啟用DDT用於控制蚊子的繁殖以及預防瘧疾、登革熱、黃熱病等在世界範圍的捲土重來。

這真是一個典型的蝴蝶效應，一隻蝴蝶吸食被噴了殺蟲劑的花蜜，在煽動翅膀的時候又被鳥發現了被吃了，鳥死了，DDT被禁用了，非洲的蚊子肆虐了，幾百萬人死了…死了……

現在又啟用了，會導致精子數目減少、新生兒早產等等對於人類的危害都不顧了，何況鳥類？最主要的原因是DDT類殺蟲劑非常便宜、使用方便，但對人類自身和環境的危害都很大，這終歸是一個屁股決定腦袋的問題。誰生誰死，還是大家一起慢慢死？以目前的科技發展水平，或許根本就不存在放之四海皆準的理智。

與DDT同屬持久性有機污染物的六六粉，年齡稍大些的知友應該還能記得，那東西在過去還經常用來殺死衣服上的體表寄生蟲。對，就是「虱子多了不咬」這種。現在，大概就只能從牛魔王的無敵牛虱中看到這個字了。

實際上，科學本身就是一個在不斷否定中前進的過程，只是有時付出的代價比較大。

來點輕鬆的～～諾貝爾獎歷史上，曾經有6對父子、1對母女、5對夫妻、1對兄弟和1個家庭獲過獎，讚歎！

獲諾貝爾獎的父子：
布拉格父子：共同榮獲1915年諾貝爾物理學獎；
湯姆遜父子：分別是1906年、1937年諾貝爾物理學獎得主；
奧伊勒父子：分別是1929年諾貝爾化學獎、1970年諾貝爾生理學或醫學獎得主；
玻爾父子：分別是1922年、1975年諾貝爾物理學獎得主；
西格巴恩父子：分別是1924年、1981年諾貝爾物理學獎得主；
科恩伯格父子：分別是1959年諾貝爾生理學或醫學獎、2006年諾貝爾化學獎得主；

獲諾貝爾獎的母女：
居里夫人和她的大女兒伊雷娜·約里奧；

獲諾貝爾獎的夫婦：
皮埃爾·居里、瑪麗·居里夫婦：共同獲得1903年諾貝爾物理學獎；
伊雷娜·約里奧-居里（居里夫婦的女兒）、弗雷德里奧?約里奧夫婦：共同獲得1935年諾貝爾化學獎；
卡爾·科里、格蒂·科里夫婦：共同獲得1947年諾貝爾生理學或醫學獎；
貢納爾·默達爾、阿爾瓦·米達爾夫婦：分別獲得1974年諾貝爾經濟學獎、1982年諾貝爾和平獎；
布里特·莫澤、愛德華·莫澤夫婦：共同獲得2014年諾貝爾生理學或醫學獎；

唯一的兄弟組合：
廷貝亨兄弟：分別獲得1969年諾貝爾經濟學獎、1973年諾貝爾生理學或醫學獎；

獲諾貝爾獎的家庭：
居里夫婦和她的大女兒伊雷娜·約里奧與女婿弗雷德里奧?約里奧；小女兒艾芙是一位音樂教育家和傳記作家；

一個人兩次獲得諾貝爾獎的：
居里夫人：分別獲得1903年諾貝爾物理學獎、1911年的諾貝爾化學獎；
巴丁：分別獲得1956年、1972年諾貝爾物理學獎；
鮑林：分別獲得1954年諾貝爾化學獎、1962年諾貝爾和平獎；
桑格：分別獲得1958年、1980年的諾貝爾化學獎；

另外，大家覺得這個獎項符不符合題目？

看奧巴馬的表情，2009年領諾貝爾和平獎時，難道就已經知道了自己在接下來的7年里下令轟炸7個國家、天天打仗？打了也不是問題，關鍵是越打越混亂啊～

對於社會和世界而言，每個人不管願不願意或苦或樂，都不同程度的參與了這個進程，方向和結果是所有人共同作用和承受的，只是我們需要更多的了解以做出可能的選擇。

例如這個問題：

目前有什麼確鑿的證據證明人類活動造成了全球變暖？ - 大地的回答 - 知乎

對於個人健康，也同樣是如此：

現在的基因檢測靠譜么？都有哪些潛在的問題和隱含的風險？ - 大地的回答 - 知乎

補充一個，這件事不止是事關學術界，真的是事關全人類的。那就是「含鉛汽油」事件，先說說這次事件造成了什麼影響，大家都知道鉛是有毒重金屬，因為當時汽車大量使用「含鉛汽油」，使得地球大氣中超過90%的鉛來自汽車尾氣，人類的血鉛含量是從前的625倍！

這件事件得從一個發明家說起，他叫托馬斯·米基利。這個人確實很厲害，當時製冷劑氟利昂就是他合成發明的。

而托馬斯·米基利的老爸也是發明家，延續父親的事業也成為了發明家。他是學機械工程出身，去了當時通用汽車旗下的研發機構—戴頓實驗室。

當時是美國汽車工業發展興盛時期，福特的T型車已經佔據了美國市場半壁江山。而通用汽車作為後背一直希望找到突破口。但當時通用汽車有一個很大的缺陷—「爆震現象」，就是因為燃油煙燒速度太快，發動機的衝程跟不上，導致發動機劇烈震動損壞。而通用就把這個研究給了戴頓實驗室。

托馬斯·米基利很聰明，還是高材生，背負了這個重任。當時他們從燃油上進行研究，而他是機械工程畢業，又花了幾年自學了化學。經過很多實驗，他就發現加一些重元素可以降低「爆震現象」。

托馬斯·米基利很快就合成了一種四乙基鉛的化合物。將這種物質添加在汽油中，只需要添加區區0.1%，就能大大改善汽油的抗爆震性能。最關鍵的是四乙基鉛的成本低廉，因此通用大為欣喜。

通用為了掩蓋這種添加劑中含有鉛的成分，將這種抗爆震劑命名為「乙基」蠱惑民眾，工業界對米基利的發明都讚賞有佳，他成為了名人。

1922年，美國化學會授予他尼克斯獎章。次年，通用新成立了一家公司專門生產四乙基鉛，米基利一躍成為這家公司的副總裁。但通用對生產效率仍然不滿意，還聯手標準石油公司創辦「四乙基鉛公司」全力生產。就這樣，「含鉛汽油」被很快的推廣了開來。

之後，托馬斯·米基利還成為了美國化學學會的主席。

就這樣一直到了80年代，「含鉛汽油」才被禁用，這當中也有人質疑過，但是在幾大利益集團的籠罩下，事實都沒有暴露出來。而這裡有一個人是這個答案里最關鍵的人，說他一個人拯救了世界都不過分，這個人叫克萊爾·帕特森。

克萊爾·帕特森是一個地質學家和地球化學家，他也是測出地球年齡的男人。當時，克萊爾·帕特森就是通過研究鉛同位素的比例來測定地球的年齡。

在研究的時候，他就發現實驗測出來的鉛含量非常的高。剛開始他還以為實驗室有污染，後來他才發現是空氣本身就含有極高的鉛。這也影響他測量地球年齡的實驗，這樣一研究就是6年，直到第七年他在原子能機構的贊助下，開始籌建用於鉛同位素研究超潔凈實驗室，這同時也是世界上第一間超潔凈實驗室。克萊爾·帕特森終於計算出了地球的年齡是45億年。

實現了自己心愿的克萊爾·帕特森回過頭來想起這些年一直困擾著他的鉛，這時候的鉛含量在人類生活中早已超標，再不做出行動人類遲早深受其害。

於是他便開始了這場拯救計劃，他先是測量發現海水表面的鉛含量要比海底的鉛含量要高上幾百倍，推斷出海水表面的鉛含量超標肯定是近期才出現的。

後來又發現，加州南部的海水表面鉛含量更是超過了地表和火山岩的八十多倍。特別是在各條河流入海口出的沉積樣品中鉛含量也突然激增。這些測量結果全部都把矛頭指向了當時工業巨頭生產的含鉛汽油。

克萊爾·帕特森知道如果披露了這個事實，肯定會有很多麻煩，甚至還會招來殺身之禍。當時有一件很諷刺的事，就是帕特森用於研究鉛污染的經費都是來源於美國石油基金。也就是說帕特森拿著老闆給的錢，來砸老闆的飯碗。

1963年，克萊爾·帕特森在《Nature》上發表了關於工業鉛污染的論文。這篇文章雖沒能引起公眾的注意與警惕，但在發表了三天之後，帕特森果然被「查水表」了。含鉛汽油的公司來到他家，威逼利誘地讓他停下手中關於鉛污染的研究。

為了找尋更有力的證據，克萊爾·帕特森去到了南極洲冰層中鑽了深達200尺的通道，獲取到工業革命之前的雪樣。對雪樣做了分析之後，克萊爾·帕特森發現幾百年的鉛含量要比現在低得多。

接下來是一系列和財團的長期鬥爭。

終於，日本、加拿大、美國分別在1983、1990、1993年禁止銷售含鉛汽油。我國也與2000年1月1日全國停止生產含鉛汽油，並與2000年7月1日全國停止銷售和使用含鉛汽油。在短短几年內，美國兒童血液鉛含量降低了75%。

更多關於托馬斯·米基利、克萊爾·帕特森的故事可以看這裡：

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因為學業買了首師大周文業、鄧宏順兩位老師的《三國志演義》文史對照本，發現有些錯誤，就整理了一篇文字發給兩位老師，得到回復是發現了一個長期存在的標點符號錯誤，多個校對版本都沒發現。雖然只是微小的貢獻，還是小得意?ω?。

12.08更新
蟹蟹大家的贊，么么噠(??ω??)??

附應評論要求，附上標點錯誤的地方。當初自己看沈伯俊老先生的版本也沒有注意到這個標點…現在回頭一看還真是(._.)

陳第首個提出古今音有別。在那之前朱熹等人都在強制協韻以為古人搞錯。

二十世紀最「反直覺」的偉大生物學發現：化學滲透（chemiosmosis）

（這不是我寫的，我就一大自然的搬運工，原文鏈接見最後）
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在以前本小組的討論中，我曾提到「比如你如果不理解所有生物共有的膜滲透能量供應化學原理，你就根本無從評價任何生命起源的理論。」

（為什麼還有這麼多人相信進化論？）
http://www.douban.com/group/topic/27216605/

蒙hongdou網友發信詢問，所以這篇文章既是一篇泛泛的科普，也是對這個問題的具體介紹。

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一直覺與反直覺

直覺（intuitive）和反直覺（counterintuitive）是科學討論在描述一個科學理論或者發現的時候，經常使用的二分法。這個叫法本身並不那麼科學和嚴謹，但是其中的意味卻是無限深長的。
既然不嚴謹，我也不去定義它，只看範例：

最簡單清楚的直覺理論，在古希臘科學有很多範例。比如「物體排開的水量等於它的體積」。比如歐幾里得平面幾何中的公設和簡單定理。「凡直角都相等」，「兩點之間直線最短」，初學幾何的人，都會想這不是廢話嗎。等到用這些廢話為基礎武器，逐步分解，證明了其他複雜得可怕的理論，我們才知道廢話的精闢之處。這就是直覺理論最原始的特徵：不言而喻。然而，即使在這種萌芽時代的智慧中，也埋下了「反直覺」理論的種子，比如僅僅「篡改」了一條歐幾里得公設，就闖出一片新天地的羅氏幾何。

牛頓第三定律是另一個直覺理論的例子：作用力必然導致反作用力。這看起來也是不言而喻的廢話。但牛頓第一定律就不是了：「物體將保持它的運動狀態，直到外力改變它」。這是一個相對原始的反直覺理論。在今天，初中物理課修完的同學也許會不同意這是反直覺的。但是在牛頓的年代，這卻是徹頭徹尾的反直覺。無數牛頓之前的大學者，都理所當然地認為物體要保持運動，必須不斷注入外力。這才是費勁力氣保持各種物體運動的古代人類的「直覺」。另一個直覺對陣反直覺的著名例子是伽利略對陣亞里斯多德（我不叫它「比薩斜塔實驗」，是因為這個傳說本身是有誤的。但是雙方的論點是明確無誤的）。「更重的物體下落更快」，這樣既簡單又錯誤的直覺，連亞里斯多德這樣的智者都不能免俗。可以保證，即使在21世紀的今天，一個純文盲多半仍然會有這樣的直覺。

直覺與反直覺是相對的，也是可以培養的。經過一定科學訓練的人（比如說讀完初中物理），他的直覺會超越兩足動物的局限，隨著訓練的程度達到新的精確度，比如說把牛一定律變成他的直覺。但一個人具體的生活年代和環境，並不反映他應有的直覺水平，或者他的直覺正確程度。比如我95歲的奶奶（文盲），直到今天仍然不同意我說的地球圍著太陽轉。比如美國仍然有20%以上的人認為地球生命歷史不超過4000年。

十八、十九世紀是直覺型科學理論達到頂峰的年代。能量守恆定律（在不久以後就將被「反直覺」理論給河蟹了），熱力學第二定律（「一個房間不花力氣整理只能越來越亂」），在它們剛剛被提出的年代，文盲仍然會認為是反直覺的，受過良好科學訓練但非專業的頭腦，一聽到就知道是正確的。而真正的前沿研究者則是醍醐灌頂：「這麼簡單明白，怎麼我就沒有歸納出來呢？」非常精彩，非常輝煌，但在物理學上，一般人類直覺能夠企及的高度也就到此為止了。接下來的愛因斯坦、海森堡、薛定諤，一個比一個猖狂地反直覺。相對論剛剛提出的時候，不要說普通人，就是頂尖物理學家，也認為愛因斯坦簡直是在說胡話。對今天世界上99%的人來說，相對論和量子物理仍然是胡話。然而我們現在都知道，他們是正確的。因為廣島真的被炸掉了，我們車上裝的GPS也真的用上了相對論校正。

「反直覺」的優勢在現代物理學中很清楚。能夠以普通人類直覺發現的真理，基本都被發現了。剩下的真理必然都很古怪難以接受。在這樣的高度還去依靠直覺，多半都要犯錯誤。比如愛因斯坦的「XX不擲骰子」，聽起來很美好很莊嚴，結果證明錯誤。同樣是老愛的堅信宇宙密度常數等於1，宇宙會無限震蕩，聽起來很和諧很完滿，從現在的證據看來，也是錯得離譜。即使是無數物理學家（再一次包括老愛）追求的聖杯：統一場理論，也是一個高級的直覺型假設，前景仍然不妙。總之在現代物理學中，尋求反直覺的答案，克服直覺障礙去接受和欣賞反直覺的理論，反而被養成了研究者的本能。看看霍金有多少胡話（姑且不說他的胡話站得住腳不），以及被學界和起鬨界怎樣異口同聲地熱捧。

然而在生物學中，直覺與反直覺的力量對比就完全是另一回事了。

達爾文的進化論，是生物學中開天闢地的反直覺理論。在著名的鐘錶匠辯論中，神創論者洋洋自得的雄辯（Paley主教：「我們看見地上有一個精緻的懷錶，自然能肯定某處一定有一個鐘錶匠！」），首先是一個蹩腳的比喻，然後不過是一個粗淺短視的人類直覺。如果放到現代物理學那種氣氛中來看，連認真駁斥的價值都沒有。然而這種直覺式的大腦當機，卻能跟進化論翻翻滾滾地鬥上一百多年。直到今天，仍然妨礙大眾在生物學上入門，仍然堂而皇之披上科學的外衣來反科學（隨便在這個小組掃幾眼標題就知道我不是在誇張），仍然有少數嚴肅的學者在掉進相同的直覺陷阱（Fred Hoyle，天文學家和數學家：「生命起源於地球的概率就像大風吹過機械垃圾場組裝出一架波音747的概率」。這句話被各種神棍肆無忌憚地篡改，主語直接變成了「進化論」。實際上Hoyle並不反對進化論原則，只是在概率計算上有異議，從而認為地球生命必然有地外來源，才有時間來滿足他的概率計算結果。他的領域是生命起源）。這篇文章的主題不是跟神棍叫板，所以這裡先放下神棍們，到第五部分我們再引入相關的神棍來取笑。

並不是說，科學家就不會被直覺蒙蔽。前面曾提到，偉大、反直覺天才如愛因斯坦，也曾連挖三個直覺的大坑。只是在生物學中，直覺理論的頑固性來得特別的強，而對反直覺理論的接受來得特別的艱難，不管大眾和專業領域都是如此。進化論之初，內部就曾有一場直覺與反直覺的大爭論，即是拉馬克的用進廢退學說和達爾文的自然選擇學說。在那個對遺傳的物質細節一無所知的年代，用進廢退理論的描述來得如此自然。「長頸鹿需要吃高處的葉子，伸著伸著脖子就變長了」，直到我上小學《自然》的時候，我的老師仍然是這麼講的！近兩百年之後都還是這樣，可想而知達爾文主義在初生年代的四面楚歌。話說回來，即使艱深繁雜如生物學，仍然是科學。科學的偉大就在於在科學的競技場中，我們可以肯定真理必勝，即使前面被拍倒一百次，走上一千個曲折。人生中其他的事情，不管是政治、感情、事業還是道德正義，我們都不能打這樣的包票。這也是科學對我的終極吸引力。

這篇文章要介紹的化學滲透理論，就被譽為二十世紀最偉大的「反直覺」生物學發現，雖然它並不為公眾熟知。這裡所說的直覺，並非一般常識，已經是二十世紀生物學家和化學家中非常精深的理論直覺了。然而當直覺走入死胡同時，一個「怪異」程度不下於相對論或者進化論的新理論蹦了出來。它在初期所受到的不公正待遇，以及它最後的輝煌成功，都是可以相提並論的。

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完結後的聲明
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本文並非全部原創，其中有大量數據、理論和史料來自於英國生物化學家、科普作家 Nick Lane的著作 Oxygen 和 Mitochondria。這兩本書都是非常好的科普讀物，可惜沒有中譯本。大致引用了他1/3,自己發揮了1/3,以及扯遠了1/3。特此聲明和致謝。

二背景
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作為一篇關於生物化學的科普文章，我決定不寫公式，不寫化學反應方程式，不畫圖表。
希望嚴謹的讀者能原諒這點小小的文字技巧上的虛榮。

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二十世紀最偉大的生物學發現（甚至可以誇大到「科學發現」），公認是沃森和克里克確定生物遺傳物質是DNA，以及DNA遺傳的生物化學機理。這是一個標準的直覺式發現。沃森在搞清楚DNA的雙螺旋結構之後不到兩個星期的時間內，就洋洋自得地告訴克里克：「我想我發現了生命的秘密。」這種從結構到功能突破性的跳躍，來自於沃森作為化學家的直覺：分子結構宣示分子功能。雙螺旋意味著互為模板以及無限擴充。四個鹼基兩兩配對意味著精確、無損的信息複製。從鹼基翻譯到氨基酸的簡單語法意味著有限、簡練的基本指令集。

生物遺傳的穩定性和精確性在DNA的結構中得到完滿解釋，從一個生物化學家的視角來看，這個跳躍簡單明晰不言自明，足以讓沃森和克里克之外的所有人把自己的腦袋拍腫。這個理論的被接受程度，也是猶如星火燎原，一夜之間清洗了所有研究者的大腦，改變了整個生物學研究的版圖。
這個發現還運用了一個更深層次、更廣泛的科學直覺現象。那就是自然科學的層次結構。自然科學中的各個領域，並不是齊頭並進的，其中一些學科是另一些的天然基礎。最主要的一個層次系統是這樣的：

物理學--&> 化學 --&> 生物學 --&> 醫學，人類學，心理學 --&> 社會科學

越前面的越基礎，每一種科學也許人類開始認識的時候是獨立的，但追究到深處，你總是會發現你需要前面一層的大量知識才能產生認識突破。這樣抽象地說也許很難理解，看看例子：

化學元素周期表可以算是獨立化學研究的殿堂了。但即使在周期表完成之日，化學家們也很難解釋，為什麼元素會表現出那樣的化學性質，而且周期性地回歸到相似的化學性質（比如氧族元素），而且這個周期又在不斷變化。單純在化學的領域折騰，哪個理論也解釋不了全部的事實。
然而，一旦物理學中的原子結構研究成熟，周期表的問題就猶如庖丁解牛，迎刃而解了。化學性質決定於外層電子配置。元素表周期就是外層電子周期。相似的化學性質就是相似的外層電子配置。基於這種理解上的飛躍，一系列重要的化學問題，比如化學鍵的本質，化學反應能的研究，紛紛在原子物理的層面得到突破。這種化學問題在物理層面上的理解，我把它叫做「觸底」。一個領域的研究一旦觸底，透徹的理解和新的發現就指日可待。

再來看一個比較貼近生活的著名例子：

憂鬱症，作為心理學中的課題，一直困擾著病患和心理學家。在二十世紀上半段，弗洛伊德主義盛行於西方，憂鬱症完全用心理分析方法來解釋，童年經歷、未實現的慾望、父母責任，一系列五花八門的弗洛伊德式學說和療法，對這個問題也無可奈何。但是當相關的生物學產生一次「觸底」：發現鋰製劑的神經生物作用後，心理學也同時在生物學上觸底了。70年代一樁有名的訴訟案揭開了弗洛伊德主義在西方崩潰的序幕。加利福尼亞一位長期受憂鬱症折磨的中年婦女，接受了五年以上的聊天式弗洛伊德療法，花了幾萬美元，從未有任何緩解。後來開始服用抗抑鬱新藥物「百憂解」（鋰製劑），四個星期後痊癒。為此她憤而起訴心理醫生，最終鬧成了全美新聞。現在，百分之九十以上的臨床憂鬱症案例都用鋰製劑治療，大多有不同程度的緩解。

沃森和克里克的成功，很大程度上也歸功於生物學在化學上的觸底。因此，在現代分子生物學研究中，一旦研究者逼近純粹的化學解釋，他們總是能聞到成功的氣息迫在眉睫。這也就成為了現代生物學者新的直覺。

分子生物學的研究有三個宏觀面：物質、信息、能量。物質是共有的基礎，而信息和能量是兩個不同的研究方向。DNA遺傳理論的輝煌成果，把公眾的視野完全集中在信息的方向，甚至學界本身也產生了認識上的偏斜。在很多人的心目中，分子生物學就是信息生物學。生物的基因組就是編碼庫。生命活動就是這些信息互動的總匯。而另一個宏觀面：細胞能量學（或者能量生物學），在公眾的認識中就非常陌生了。其實二十世紀這個領域中的認識和發現，精妙深刻和激動人心之處並不遜色於信息面。然而其中的坎坷和爭執，與信息生物學中的盛世場景就大異其趣了。

二十世紀能量生物學的中心問題就是細胞能量代謝的化學本質。或者說有氧呼吸作用的化學本質和細節。直覺的方向感，引導著生物學家們從兩個方向向中央逼近這個課題，來試圖完成拼圖。就像從兩端開始拼成一座大橋。截止到五十年代，大橋好像已經逼近了接龍點。已經取得了如下的成果：

* 有氧呼吸的本質和有氧燃燒並無不同，都是氧化-還原反應。氧化劑是氧氣，還原劑可以簡化認為是葡萄糖。
* 不像自然失控的普通燃燒，有氧呼吸在細胞中是一步步精確控制的。而且涉及一系列複雜的生物催化劑。
* 有氧呼吸的場所是細胞中的線粒體。線粒體內膜上鑲嵌著一系列的微型催化工廠：細胞色素酶蛋白質綜合體。在這些不同的催化工廠，一個個電子被從糖類上剝離，中間產物分子逐步傳遞，同時釋放化學勢能，而氧得到這些電子並結合糖中的氫原子，逐步生成水。

* 所有生物細胞中通用的能量貨幣是三磷酸腺苷（ATP）。它是一種高能形式的分子。對應的低能形式是ADP。
* 所有耗能的生命活動都在消耗ATP，把它們轉變為ADP（以及失去一個磷酸基團：p），並利用轉變放出的能量。因此，有氧呼吸的作用就是這些活動的反過程：製造能量，用來把低能的ADP轉變為高能的ATP。
* 製造ATP的場所在ATPase，另一種鑲嵌在線粒體內膜上的蛋白質綜合體。這些微型催化工廠消耗ADP，釋放出ATP。而且，在某些情況下，這些工廠也能反向工作，即消耗ATP製造ADP。

請注意，以上的成果我用空行分成了兩組。因為中間還缺乏一個步驟，細胞色素酶和ATPase是不同的蛋白質綜合體，它們在線粒體內膜上的分布，物理上是互相隔絕的。而所謂化學反應，在分子層面上是100%需要物理接觸的。那麼，能量是如何從細胞色素酶傳送到ATPase上的呢？這就是所謂接龍點。

前一組是分子生物化學，後一組也是分子生物化學，中間還缺乏一個鏈條。你的直覺是什麼？當然還是分子生物化學。我們需要找到一種媒介分子，從細胞色素酶工廠的氧化還原反應中產生，在ATPase工廠中消耗，攜帶一個高能狀態的化學鍵。暫且把它叫做媒介分子X。

四五十年代的能量生物學界瀰漫著樂觀情緒，大廈只差一步就能建成，科學家和研究小組之間展開了尋找X分子的競賽。然而，足足找了20年，提出的候選分子不下十幾種，一個個都被研究和實驗否定了。在尋找的過程中，隨著對整個過程細節研究越來越深入，一系列看起來很瑣碎，但是莫名其妙讓人不安的問題冒了出來：

* 我們已經知道了ATP和ADP是能量通用貨幣的正負兩種形式。在化學上，一個不言自明的直覺理解是高能狀態不穩定，低能狀態穩定，所謂「水往低處流」。如果把純粹的ATP放在生物體外的溶液中，它們就會很自然地迅速轉化成ADP，並釋放熱能。然而在生物細胞中，ATP和ADP的比例通常都是非常高能化的，ATP佔了90%以上。這種全局的高能狀態，需要持續的能量供應來維持。細胞中有氧呼吸的強度（用糖和氧的消耗速度來測量）變化很大，有時候相當衰弱。然而不管有氧呼吸的強度怎樣，ATP的比例都維持在穩定的高位。這就像一塊巨石懸在牆頭，不管你用不用力撐著，它偏不掉下來。在化學的視野中，這是不可理喻的場景，然而又找不到是什麼東西在支撐著它。

* ATP的產出和葡萄糖的消耗，這個反應方程式，在實際測量中居然配不平。學過中學化學的，都應該知道什麼叫配平反應式。幾分子的A和幾分子的B反應，生成幾分子的C。一旦配平，比例就是固定的。這是「數學」，所有科學的基礎真理。然而測量表明，一分子的葡萄糖被完全氧化，生產28-38個ATP分子，之間任何數字都有可能，但大多數時候接近下限。在化學反應方程式中，什麼叫28-38？配平需要的是整數！這又是不可理喻的反化學場景。測量實驗反反覆復地做，結果一直都是那樣。

* 化學反應的能量和物質是守恆的，也就是說，反應式鏈條確立之後，前面的反應發生，後面的反應就該受驅動同時發生。前面氧化消耗葡萄糖，後面就該驅動生成ATP。這在化學術語中叫做coupling，或者耦合。消耗葡萄糖的過程和生成ATP的過程是耦合的（先忽略前面提到的配不平問題）。然而一些特殊的化學物質，可能擾亂耦合的穩定，這叫做「解耦」（uncoupling）。有氧呼吸的解耦是普遍存在的，在有些物質參與時，氧化葡萄糖的過程完全正常進行，ATP生產完全停頓。就像皮帶輪系統斷掉了皮帶，前面的輪子空轉，後面的不理睬。在化學上，這是可以接受的。因為解耦物質總是有一種化學性質，能夠擾亂連續反應鏈中的一個環節（比如說，如果有X媒介分子，某種解耦物質傾向於和X分子結合使其失去濃度，破壞了能量傳遞，當然就能解耦。）但是現在的問題在於，實驗證明能解耦有氧呼吸的物質，如水楊酸（阿司匹林），白喉黴素，搖頭丸，化學組成和化學性質五花八門，簡直找不到一個共同點。在尋找X分子失敗的過程中，生物學家們對解耦物質寄予厚望，因為一旦發現了解耦物質的共同化學性質，多半就能推導出X分子到底是什麼--因為這是大橋上唯一不為人知的部分。然而現實是，解耦物質發現得越多，就越找不到化學共同點。

天才的美國物理學家、科普專家費因曼，曾經對物理學中的某些困境有一個令人發笑的描述：「如果你還沒有徹底被搞昏，只能證明你不懂這個領域。」在五十年代末，對有氧呼吸的研究和X分子的身份之謎，就完全是這樣的場景。越是研究得透徹，理論和現實就越是自相矛盾，不可理喻。每一種假說都有不可治癒的痛腳，每位前沿研究者都不知道到底是哪裡出了問題。樂觀已經被混亂取代。

三彼得.米切爾：泵，水壩和泄洪道

化學滲透的發現者：彼得.米切爾，從裡到外都散發著離經叛道的天才氣息。這個傢伙家財萬貫（他的叔父擁有一個建築業集團公司），在英國二戰後的困頓年月開著勞斯萊斯招搖過市。後來當他因為化學滲透的論戰幾乎被踢出學界時，乾脆自己出錢建了一個研究所繼續戰鬥。他在二戰中由於身體原因沒有服役，而當時英國能量生物學的權威克林（細胞色素酶的發現者）私下對別人說：「英國最好的科學頭腦躲過了子彈」。要知道，當時米切爾才二十多歲，研究方向不是細胞能量學，而只是涉及細菌的生理學，跟克林的方向（也就是研究有氧呼吸原理）差得很遠。而且他讀博士讀了七年才拿到學位，因為他的論文審查人多次認為他的論文都是胡說八道。同樣是克林向別人解釋：「米切爾的獨創性對這些學者來說太多了。」

米切爾伶牙俐齒，態度粗暴，披著一頭效仿青年貝多芬的長髮，彈得一手好鋼琴，而且和貝多芬一樣很早就聾掉一隻耳朵，讓他跟人爭吵的音量變得特別的大。一般古板的學者很難喜歡這樣一個人。克林在早期的慧眼只能解釋為天才識天才。

在能量生物學界因為種種化學上的不可調和而苦惱時，米切爾卻從一個意想不到的方向：經典細胞生理學，接近了這個問題。

他早期的研究課題是細菌，特別是細菌的主動運輸，即穿過細菌的細胞膜，營養物質和廢物在受控狀態下進出。我們知道在孤立的情況下，物質的滲透總是從高濃度向低濃度的方向進行，而細菌的細胞膜是脂質的半透膜，水溶性物質被阻擋，但膜上有各種特化的蛋白質通道，選擇特定的物質允許進出，其嚴格的對應性好比特定的生物酶對應特定的催化對象。半透膜的特性加上細菌消耗能量的主動運輸（當時是如何消耗能量的還完全不知道），使得細菌可以逆著濃度運輸物質，比如把營養物質從低濃度的外界環境運進高濃度的內部。

對於細菌主動運輸的研究，使得米切爾對生物膜導致的化學物質濃度聚集有了特別的敏感性。把細菌的主動運輸過程倒過來看，如果逆濃度運輸耗能，那麼逆濃度運輸造成的濃度聚集本身就是一種勢能，好比你把石頭推上坡花了力氣，坡上的石頭也就有了勢能，隨時可以滾下來釋放能量。這就是米切爾的突破點。

1961年米切爾在愛丁堡發表的論文，充滿自己生造的辭彙，類似玄學的邏輯討論和無證據的猜測。首先，他運用福爾摩斯式的邏輯：「當排除了其他所有可能的答案，那麼剩下的可能性，不管看起來有多麼不可能，都是正確的答案。」。X媒介分子的尋找，化學上每一塊石頭都翻起來看過了，既然還沒有找到，那麼答案是什麼？X分子不存在。那麼化學上的兩套反應是如何接觸的呢？能量是怎麼從細胞色素氧化工廠傳遞到ATPase呢？米切爾說，那不是分子遇上分子的化學，那是化學滲透（chemiosmosis）。這是一個他生造的詞，含有兩個詞根：chem（化學）和osmosis（滲透），其實這個過程的實質既不化學，也不滲透。它的含義如下：

* 葡萄糖在細胞色素酶工廠中逐步氧化。這些蛋白綜合體微型工廠，都鑲嵌在線粒體內膜上，實質上是一些通向膜外的蛋白質孔道。它們沒有合成什麼高能的中介分子，作用不過是像一些泵，把細胞內的氫離子（H+，也就是質子）泵到膜外去了。這個過程需要耗費氧化葡萄糖放出的能量，因為我們下面就會看到，線粒體內膜的外部聚集著高濃度的質子。這是一個逆濃度運輸。

* 由於這些質子泵的工作，大量質子被泵出去，又被限制在線粒體內膜和外膜之間的狹窄區域里，於是形成了一層薄薄的H+聚集區。H+的濃度，化學上有個很簡單的量度，就是PH值，即酸性。因此內外膜之間的區域就形成了一個質子「水庫」，具有酸性和正電荷。

* 線粒體內膜就像是水壩。它也是脂質膜，對於水溶性的質子來說是不通透的，因此外部質子濃度雖高，但不能自然滲透進來。記住我們前面的結論：逆濃度運輸造成的濃度聚集本身就是一種勢能。

* ATPase就是泄洪道。它也是鑲嵌在線粒體內膜上的蛋白質綜合體，也是內外相通，但受控的蛋白質孔道。它利用的不是什麼神秘的X分子，而是質子的迴流。質子濃度勢能的釋放放出能量，這些能量就被用來生產ATP。

對於那些畢生浸淫在經典生物化學，不太熟悉生物膜動力的能量生物學家來說，這簡直是玄而又玄的天書，沒有比這更奇怪的場景了。不去使用一個簡單的中介分子完成化學鏈路，而是轉了這麼多的彎，使用這麼詭異的機理。再加上米切爾生造了大量的辭彙來描述他的理論（比如米切爾把「質子水庫」的酸性和電勢能合起來叫做proton motive-force，「質子動力」，認為這是一種所有生物的基本驅動力。聽起來真像某種民科發明的辭彙），整個文章寫得既玄秘又武斷。而且，他沒有什麼實驗證據來支撐他的學說，基本上全是假設、推理，或者乾脆忽略那些暫時解釋不了的障礙。

所有這些原因，使得米切爾的論文在1961年的能量生物學界受到的待遇，差到不能再差：有些人讀完第一頁就扔一邊。有些人認為「他終於瘋了」。有些人開口就罵，認為他不尊重整個學界前人的辛苦工作。或者「不做實驗，不是化學家，偏要談最艱深化學問題，而且他的語言不是化學。」當時的兩個權威：美國的Racker和瑞典的Slater，都是很優秀的學者，一開始還不像其他人那樣對待他，試圖去發現米切爾到底要說什麼。但Racker在討論中完全被米切爾的外星辭彙攪昏，最終放棄了討論。而Slater和米切爾的爭辯火爆升級，在一個研討會上，Slater被米切爾尖酸刻薄的口才氣得「在走廊上亂跳，白色的鬍子上下飛舞」。

米切爾成了英國科學界的笑料，1963年因為「脾氣大造成的胃潰瘍」退出了愛丁堡大學（其實是學校當局勸退他免得丟人），回到他的鄉間別墅去養病。他花了兩年時間舔傷口，順便把鄉間別墅翻修成了「音樂怪人」的巢穴，找到了一個相信他，而且有很強生物化學實驗能力的女助手Moyle，在1965年捲土重來，成立了自己的研究所，一定要和整個能量生物學界斗到底。

四思想的凱旋

在1961年米切爾拋出他的重磅炸彈時，他確實沒有什麼實驗基礎，這也是大多數學者本能上不接受他最主要的原因。然而這個獨闢蹊徑，自己宣示一個新體系的假說，卻是建立在米切爾對已知科學事實和實驗結果深入分析的基礎上。透過他奇特的視角和迷霧一樣的語言，越來越多的人認識到，米切爾的化學滲透假說像一塊奇形怪狀，但是邊邊角角都恰好合適的拼圖板，解釋了有氧呼吸研究中眾多的不解之謎：

* 首先就是膜。原核細胞生物（細菌）都有脂質細胞膜。而真核細胞生物中，線粒體有氧呼吸製造ATP，葉綠體的光合作用也製造ATP，這些跟能量相關的細胞器也都有脂質膜。在以往的研究中，生物膜被當做是僅僅結構上的東西，沒有人從功能上意識到它的重要性，化學滲透學說解釋了為什麼TP的製造場所無一例外都有生物膜。因為化學滲透的全部動力就來自於這個「水壩」製造的濃度隔離。

* 氧化場所和ATPase物理隔絕的問題也迎刃而解。因為化學滲透的能量傳遞過程就像你在一處用抽水機蓄水，而在另一處用泄洪道發電，整個水庫（整個線粒體外表）環繞著所有的設備。這時候你的設備在哪裡當然無所謂了。

* ATP異常的高比例問題也是這樣輕易解決。只要線粒體內膜外積聚著足夠濃度的質子庫，ATPase就能持續把ADP轉變成ATP，保持ATP在細胞內的高濃度。而這時候氧化強度怎樣是無關痛癢的。水庫蓄夠了水，哪怕抽水機停上幾天，發電也在持續進行。

* 葡萄糖氧化量和ATP製造量配不平的問題，在這個場景下也不成其為問題。因為這樣看來，製造ATP的數量根本不是受實時的氧化量控制的（實際上是受細胞能量需要控制，由其他來自外部的化學信號調節的）。就像發多少電是受電網需求控制的，跟實時的抽水量沒有嚴格對應關係。只有長期、大體上的宏觀比例，這就是28-38這個含糊數字的含義。

* 最精彩的是這個假說一下子就解決了眾多解耦物質的共性。答案對化學家們來說真是鬱悶，因為實在是太簡單了。以往尋找共性的時候，化學家們總是在找它們的反應特性，完全沒想到這些東西都有兩個最簡單，在高分子的生物化學中根本「不值得」考慮的屬性：它們都是脂溶性的弱酸。弱酸的特點是兩性化：在酸性較大的環境中表現為「鹼」，跟氫離子（也就是質子）結合。在中性或鹼性環境中恢復酸的本性，釋放氫離子。脂溶性使得它們能夠自由穿越脂質生物膜，在線粒體外表的酸性水庫中拽住質子，穿越回來回到內部又釋放質子。而且它們受到內外酸鹼度差和電位差的往複壓力，會不停地做這種來回運動。這些解耦物質就像偷渡船，把細胞色素工廠辛辛苦苦泵出去的質子又都給運了回來，只要它們達到一定濃度，外部的「水庫」就被放得失去了足夠勢能，ATP製造當然停滯了。一個千瘡百孔的大壩是蓄不了水，發不了電的。

一個健康有力的科學假說，不但需要解釋已經存在的疑問，而且通常都能做出一些具體、可驗證的預言，描述尚未發現的現象，去引導實驗科學家加以證實。1965年以後，米切爾本人和他的助手Moyle當然在做實驗，其他一些腦子逐漸被米切爾持續的喋喋不休掰過來的科學家也加入了實驗行列，其中包括一些米切爾以前論戰得最苦澀的論敵，比如Racker。

60年代末，米切爾和Moyle首先實驗證實了他自己的預言：線粒體內外膜之間不但有明確的酸性濃度梯度，和膜內還有150毫伏的電位差。不要小看這150毫伏，因為它的距離間隔僅僅是5納米的線粒體內膜。等比例換算的話這個強度大概和大氣閃電的強度差不多，比家用電高1000倍，堪稱自然界強度最高的電勢能場。

Racker跟著做了一個精巧的實驗，他把細胞色素氧蛋白綜合體從線粒體中提取出來，放進人造的脂質膜泡中，測得膜外仍然能積蓄起質子濃度。這個實驗的含義是排除了有氧呼吸的消耗段：ATPase，以及ATPase自己和其他所有細胞環境循環影響質子濃度的可能性，單純檢測供應段。結果是完全符合化學滲透假說的前半段。在此之前，沒人相信已經研究得十分透徹的葡萄糖氧化過程真的是「質子泵」。Racker的皈依影響了學界大量的人，風向開始轉變了。

在這個階段米切爾的促狹鬼性格開始作怪：他公開建立了一個表格，表格上記錄他以前每一個批評者「皈依」的日期，Racker大人榮登榜首。其他還沒歸順的學者一個個先列出來，日期留白。

下一個實驗突破是瑞典的雅根多夫，他不是能量生物學家，而是植物學家。在一個科學會議上，他偶爾聽到米切爾跟人論戰，當時的感受是米切爾態度惡劣而且說的都是胡話---然而是他自己可以證偽的胡話，因為米切爾不但認為線粒體符合他的假說，還說葉綠體中光合作用製造ATP的機理也是同樣的。對米切爾強烈的反感促使雅根多夫和他的美國同事設計了一個實驗：把葉綠體膜分離出來，排除其他一切細胞環境和葉綠體內部結構，在簡單的人造環境溶液中加以測試。首先用PH=8的弱鹼性平衡內外酸鹼度，然後加入酸液把外部PH調整到4。這相當於把米切爾的假說還原到最簡結構。結果是，葉綠體膜內馬上產生了大量ATP。當時雅根多夫簡直不相信自己的眼睛。後來他發表自己的實驗數據後，主動申請加入「歸順榜」。

越來越多的實驗結果，一項項填補的細節空白，逐漸把化學滲透假說從醜小鴨變成了羽翼豐滿的大怪物。進入70年代之後，能量生物學界已經全面倒戈，化學滲透成了整個有氧呼吸研究的新範式，建立在它基礎上的新研究、新突破方向也爆炸性地出現了。比如美國女生物學家Lynn Margulis在1971年發表的轟動論文，證明了所有生物的線粒體前身是遠古的細菌，與真核生物細胞之間是共生關係。這個成果的基礎，就是線粒體有氧呼吸和細菌的基本能量代謝完全使用相同的質子泵-生物膜驅動模式（下一節會詳細介紹細菌的問題）。

米切爾本人獨得了1978年的諾貝爾化學獎。1961年到1978年，17年時間就從「門外漢」的狀態登上了榮譽和成就的頂峰，這在諾貝爾獎的歷史上是罕見的。物理、化學和生物學這三個獎項，大多頂尖科學家在做出自己最顯赫的貢獻後30-40年才能獲諾貝爾獎。更不要說很多人終身無望。

這樣的殊榮，加上米切爾囂張的氣焰，再加上獲得化學獎的「化學滲透」理論是這樣一個介乎化學、物理、生物三個領域之間，出乎所有人想像之外的怪異機制，使得學界的很多人大吐酸葡萄。米切爾在領獎致辭中這樣感謝他們：

「馬克斯.普朗克（著名物理學家）曾經說過，一個新的科學理論不是靠使權威反對者信服來取得勝利的，而是靠這些權威反對者逐漸死掉。這是非常悲觀但也非常現實的箴言。我最大的成就是證明了普朗克也有說錯的時候。」

1997年的諾貝爾化學獎得主沃克，他的主要成就是利用新發展的衍射晶體學技術測定了ATPase的原子級別精細結構。而這個成果，實際上是給20年前米切爾理論的登基進行了遲來的加冕。沃克昭示的ATPase精細結構，簡直是一部鬼斧神工的蛋白質機器。我們在這部分最後來欣賞一下大自然炫目的工程傑作。

ATPase是一個蛋白質複合酶，微小到在一般電子顯微鏡下也只是隱約可見，像蘑菇一樣星星點點地點綴在線粒體內膜上。它是由很多個微小的、運動的蛋白質部件構成的，各部件大體上呈同心圓環狀排列。結構上，ATPase分成兩個部分，一個是蛋白質排列拼合成的孔道，這個孔道直接從膜內穿透到膜外。孔道的內端是另一個部件：一個軸樣的旋轉頭。這個旋轉頭像鐘錶里的齒輪一樣，有三個固定刻度。每個刻度之間角度相差120度。外部的高濃度質子「水庫」產生的勢能促使質子從孔道內滑落，大致每三個質子的滑落的能量會讓旋轉頭轉過120度，即一個刻度，10個質子穿過完成一個循環。這個蛋白質旋轉頭每次轉動一個刻度，它的分子張力都讓跟它接觸的ATP、ADP分子化學鍵生成或者打破。第一個刻度處結合ADP分子，第二個刻度處俘獲一個磷酸根離子(p)並把它附著到ADP上，變成ATP，在生成這個化學鍵的同時鎖定了能量（來自質子的滑落）。第三個刻度處打破結合鍵釋放ATP分子。

（更新了配圖，知乎不能放GIF，湊合看吧。）
http://s12.sinaimg.cn/mw690/0065F7xezy6XWNQMUsz6b690

這是一個自然界最微小的輪軸系統（「關於大自然為什麼沒發明輪子」的討論可以休矣），一部細微精巧藐視所有人類技術的納米機器。自己本身就是一條複雜而高效率的分子生產線。而且這個機器隨時可以反向工作，即消耗內環境已有的ATP，把它們分解成ADP和p，利用釋放的能量把質子泵向膜外（下一節會討論什麼情況下需要反向工作）。最初發現ATPase的時候，實際上發現的是它的後一種工作狀態，也因此得名。讓最初的發現者驚奇的是這個微小的酶工廠好像無所不在，所有真核生物的線粒體和葉綠體內膜，所有細菌的內膜上，都有基本相同的ATPase。當時的發現者說「ATPase的普遍，看起來就像生命的基本粒子」。遠遠在化學滲透發現之前，他根本沒有意識到他說得有多麼正確和深刻。

五火星為什麼是紅色的，以及鞭毛公案

做基礎科學研究的人，能遇到的最讓人鬱悶的問題就是這個：

「這個研究到底有什麼實際應用？」

不去評價發問者暴露了什麼樣的思想境界，只說被提問者。很多基礎科學研究者被這樣問的時候，傾向於變得自我防衛。比如我前面說「相對論用在GPS校正上」，這就很防衛。其實那只是相對論最不值一提的後果。
我最喜歡美國一個理論物理學家的回答。當他代表美國的大型強子對撞機項目向政府申請十億美元撥款時，國會要求他出席聽證會，在聽證會上他就被議員們這樣問。他的回答是：「從現在已知的技術來看，絕對、絕對沒有任何實際應用。」

「那麼有什麼理由花十億美元去做呢？「
「因為我們想知道。其實你們也想知道。只是你們不知道你們想知道。」

申請失敗了。但是這個回答卻值得載入史冊。絕大多數基礎科學研究，都不是受實際的技術需要推動的。也不可能：既然是未知的東西，誰又能預測它的應用？整個科學都是靠人類旺盛的好奇心，靠人類天生對秩序、邏輯和知識的熱愛推動的。科學是美麗神秘的森林，技術只不過是沿路採摘的果實。知識本身不但可以應用，而且會改變我們個人和社會看待整個世界的眼光和方法，從根本上使我們的存在變得更廣大，更美好。

像物理、化學、生物這些基礎學科，在一般人的眼中很可能枯燥且無實用價值，然而對於真正學懂而且融會貫通的人，他們眼中的世界跟我們普通人是不一樣的。大概十年前，我有幸遇到這樣一個人，在短短一小時內就給了我以上的感悟，讓我發現了在一個銳利的頭腦支配下，簡單的科學原理可以變得如此明徹，充滿力量。

那是在美國的一個小天文館，當時有一群大學新生（大概是個興趣小組）在搞參觀活動，館長出來接待（我是不沾邊的，記住了答案的旁觀遊客）。館長是一個穿著夏威夷襯衫的笑眯眯小老頭，學生們連珠炮一樣提問，他隨口回答：

「火星為什麼是紅色的？」
「紅色是三價鐵的顏色---火星表面被氧化了。金星也是一樣。鐵鏽是什麼顏色？」
「火星是鐵的嗎？」
「任何岩石行星都可以說是鐵的。鐵是宇宙中最多的金屬元素。」
「為什麼？」
「鐵的原子核結合能在所有元素中最低。恆星在燃燒，最終的灰燼都是鐵。我們的行星都來自於灰燼。地球也不例外。地球有一個融化的大鐵核。不然你認為地磁場是哪裡來的？」
「那地球怎麼不是紅色的，怎麼沒有被氧化？」
「誰說不是？科羅拉多大峽谷看起來就像火星。其他的地方，我們有生命保護著。」
「火星上不是沒有氧氣嗎？」
「沒有，但是火星上曾經有水。」
「水到哪裡去了？」
「太陽紫外線和宇宙射線把它烤乾了。這是化學的烤乾，在海洋的表面，微量的水被射線分解成氧氣和氫氣，火星大概用了20億年。來，誰來給我寫個反應式？」
「那火星上有很多氧氣和氫氣？」
「氧氣和岩石中的鐵結合了，變成了紅色的氧化鐵。還會氧化其他的岩石成分。氫氣太輕，火星重力拉不住它，泄漏到宇宙中去了。」
「地球為什麼沒有被烤乾？」
「因為地球有很多氧氣。分解出來的氫氣一離開水面，就和大氣層的氧氣重新結合，變回了水，最終會回到海洋。」
「為什麼地球很很多氧氣？」
「因為我們有光合作用，有生命。火星上氧氣不能積累是因為微量的氧氣被鐵和碳不斷消耗，固定在岩石中。地球上的固定氧被風和水不斷粉碎，又被光合作用釋放出來。」
「也就是說生命保護了地球？」
「是的，地球也保護了生命。」
「地球上為什麼會有生命，而火星上沒有？」
「這個，我不知道...」

小老頭終於被問倒，全體學生大笑，我卻一直在驚奇和震撼中。他說的全是簡單物理、化學，我在學校基本都學過，卻從來沒有給我如此透徹的視界。

從那時起，我明白了科學=世界觀。它不斷回答我們對這個世界、對我們自身所有的大大小小，乃至終極的疑問。下面要提到的公案，就是不同的回答在科學層面上的角力。

美國乃至整個西方，在二戰後掀起了一股原教旨主義的潮流。如果你留意過近年美國社會的爭論焦點和美國大選的論題，就會知道這不是一個小潮流，而是整個社會的精神大分裂。作為旁觀的中國人來看，有的時候覺得美國人真是神經，總統辯論、政治風向天天吵這些雞毛蒜皮的事。殊不知，這是兩個陣營之間從世界觀到價值觀全方位的大戰，這些雞毛蒜皮都是刀尖。

新的原教旨主義者分成兩種，一種在自己的地盤上以自己的武器戰鬥，比如堅稱聖經句句真理。一種在現代文明的地盤上用科學的武器戰鬥，比如我們下面將要提到的鞭毛爭論。比較好玩的是無論哪種論調，都很會給自己取名字。名字通常都冠冕堂皇充滿現代知性的光輝，不管內容有多蒙昧。

比如「支持生命「（Pro Life）。什麼意思？要求立法不準墮胎，極端者甚至不準強姦、亂倫的受害者墮胎。前幾天共和黨候選人羅姆尼宣布自己Pro Life，特別加上了「除了強姦、亂倫和危及母親生命」，以示自己是溫和派。與之相反支持墮胎權利的主張叫「支持選擇(Pro Choice)」。

再比如「家庭價值」（Family Value）。什麼意思？反對同性戀，以聖經中的判決來認定他們是社會的終極罪人。

還有「青年地球」（Young Earth）。這些人認為地球上有生命的歷史不超過4000年。因為按照聖經上面的事件年代計算是這樣的。比較牛X的青年地球專家，天天給公眾解釋諾亞方舟是怎麼能夠容納一對霸王龍的。（霸王龍化石在美國太有名，你很難跟化石戰鬥）。

再比如「平等教育」（Equal Educational Oppotunity)。什麼意思？美國是憲法規定政教分離的國家，接受政府資助的學校都不能教任何宗教。「平等教育」論者要求你可以講進化論，但必須用同樣的課時講「替代觀點」。否則你就不準講進化論。

什麼替代觀點呢？不，我們不講經書，不呼上帝之名，講「智慧設計」（Intelligent Design）。

智慧設計論者是原教旨主義者中的膽小鬼。他們千方百計迴避直呼宗教之名，以繞過法律和輿論的障礙，而把矛頭指向基督教最痛恨的科學：進化論。智慧設計論者也是外派的特種部隊，他們通常都會用科學的語言（未見得是科學的方法）來發起挑戰。比較老也比較經典的一個論戰是關於眼睛的問題。智慧設計論者說，眼睛是一個非常精密的裝置，各個部件離開整體都沒有什麼用處，因此它不可能是逐漸進化出來的（因為你們進化論者說進化出來的東西必然有用嘛！），那麼，它只能是某種高級智慧設計出來的。什麼高級智慧？可能我不知道。它的名字我不能說。這個邏輯，他們稱作Irreducible Complixity, 「不可降解的複雜度」。

關於眼睛的論戰跟這篇文章的科學關係不大，只說結果：它被完全地駁倒了。生物學家找到了若干種中間形態和中間產物的生物證據。事實上這場論戰推動了這方面研究的發展。

進入九十年代，智慧設計論者找到他們新的旗手：比希（Behe），以及新的戰場：細菌鞭毛。比希是美國LeHigh大學的生物化學教授。我在第一節中曾把他歸類於神棍，這裡要致下歉，因為比希比通常的神棍要嚴謹、講道理得太多太多。比希在2000年後，曾經出來糾正他以往的看法，說他不再相信「青年地球」，並相信生物有共同祖先。問題在於比希被自己的論點捆綁得太深（我最近在LeHigh大學的主頁上還看見校方的免責聲明：我們尊重比希教授的獨立見解，但我們大學整體不同意他的任何理論。呵呵），而且他被原教旨主義的狂潮無限炒作、歪曲和濫用了。

比希的原始論點是這樣的：很多細菌都有自己的運動裝置，鞭毛。鞭毛是由幾十個蛋白質部件組合而成的，各自有非常獨立和確定的作用，使得細菌可以在液體中快速運動。這個機械的各部分分開都沒有明確的作用，而且非常複雜，因此，這是不可降解的複雜度，因此，它不可能是進化來的，因此...簡而言之，這就是眼睛問題的翻版，不同在於深入到分子生物化學的層面，顯得異常高深和有說服力。1996年，他把鞭毛理論上升到對整個達爾文進化論解釋的質疑，寫成一本書：《達爾文的黑匣子》。這本書在美國超級暢銷，遠遠超過一般高水平的科普書籍。一時間智慧設計論塵囂直上，所有的宣傳都鸚鵡學舌般應用鞭毛悖論。在google上搜「鞭毛」和任何智慧設計論關鍵詞的組合，回來的結果都能淹死你。比希一炮打響，影響力到了這種程度：美國一場「平等教育」論者起訴學校的風頭官司，從小地方直打到憲法法院，比希作為原告唯一的科學界證人出庭作證：智慧設計論到底是不是科學？結果官司是打輸了。比希成了悲情英雄，這場官司也就成了美國政府為了黨派利益壓制「科學研究」的鐵證，好比美國「平等教育派」的溫泉關戰役。

我們藉助2000年左右的科學深度，來看看鞭毛到底是個什麼東西。
鞭毛是一個複合蛋白裝置，穿透細菌的細胞膜延伸到外部。在膜內部，鞭毛的蛋白構件呈同心圓環狀排列，有三個環繞根基分開120度的蛋白「齒」，作為定子的凸起曲桿。鞭毛受化學滲透作用驅動，細胞膜外的質子水庫透過穿透鞭毛的同心圓蛋白孔道滑落，賦予定子張力，定子順次扭轉一部分化學鍵，驅動中間的轉子旋轉。轉子是穿透整個裝置延伸到外部的蛋白構件，形狀就像你喝可樂的麥稈，外部彎折，拐彎處還有一個蛋白護套。轉子根部受定子驅動而旋轉，外部跟著攪動，就像你用手搓麥稈，吸口處發生的攪動。細菌就用這樣的裝置「划水」，轉子速度可達每秒幾千轉，細菌的運動速度可達每秒60個身位，（獵豹的最高速度也才每秒25個身位），可見這個運動機器的高效。鞭毛還有一個開關蛋白，稍稍變化形狀就能反轉整個裝置旋轉的方向。

分子水平動態模型圖：

High-definition animation of the Bacterial Flagellum

確實是非常複雜精密的機器，難怪比希會產生那樣的哲思。但是這個結構和驅動原理是不是似曾相識？

沒錯。比希在具體方法上的悲哀之處就在於他的書幾乎和沃克的研究同時代，錯過了沃克及其他人對ATPase的後續挖掘。還有一個悲哀是在他的時代，蛋白質基因定序分析來源的技術還沒有成熟。不管是在結構上，驅動原理上，還是在組成蛋白的來源上，現在的分子生物學界都明確了ATPase是鞭毛的進化雛形。其中還有好幾個中間狀態。大致是這樣一種進化階段關係：

原始生命的胞膜進出孔道--&>ATPase--&>III型細菌分泌系統--&>細菌粘附裝置--&>細菌纖毛--&>鞭毛

每個階段的形態都受化學滲透驅動，採用一樣的動力結構，而特化或者移植新的蛋白成分。其中「III型細菌分泌系統」是細菌特有的一種主動運輸裝置，它和鞭毛的相似是論戰一開始就被其他科學家指出的。它含有一根由ATPase中空轉子特化形成的「針管」，細菌用來分泌化學物質到環境中，給其他微生物「打針」，甚至用來和其他細菌「性交」，它也是鞭毛轉子的雛形。

比希的「不可降解」理論在新的科學證據下跌得粉粉碎，曾經有一個反對者尖刻地說：「不可降解？是你不會降解。」但是直到今天，鞭毛仍然是智慧設計論者的「上帝之鞭」，你上網隨便看一篇他們的宣傳都能看見他們興高采烈地揮舞。

化學滲透和ATPase在生物學理論上最根本的意義就是它完全是生命的基本特徵。原核生物細菌、古菌類，真核生物的線粒體和葉綠體，全都使用相同的動力，全都擁有基本一致的ATPase。在最原始的細菌中，質子動力的普遍性和根本性表現得最充分，細菌不僅用化學滲透製造ATP，還用它進出口物質，驅動自己運動。保持膜外的質子濃度是細菌壓倒一切的代謝優先任務。細菌是比我們高明得多的化學家，不僅僅使用氧氣氧化糖來泵出質子（有時候還使用鈉離子替代質子），還使用幾乎是無限多種氧化還原反應，比如用硫化物氧化鐵鹽（這種代謝的結果貢獻了我們現在開採的所有的高品位鐵礦帶），或者硫化氫與甲烷，甚至還有氧化鈾元素的強悍細菌（它們聚集的鈾殘留物曾經讓法國人相信非洲國家偷偷研發了核武器）。能在生物體內成立的氧化還原動力，細菌幾乎都發明了。不管是那一種化學動力，最終都歸結於泵出質子。當氧化還原反應原料不夠時，膜外H+濃度危險時，很多細菌還停止其他一切活動，採用最古老的無氧呼吸：發酵，低效率地生產ATP，用這些ATP來驅動ATPase反向工作，把質子泵出去，保持膜外濃度---因為細菌需要化學滲透不僅僅是為了生產ATP，它是細菌的生命線，一切生命活動的基礎。進化到你我這樣的人類，這種機制仍然存在：你狂奔之後是否肌肉酸痛？那是因為你的體內的「細菌動力」---線粒體跟不上能量需求，細胞發酵葡萄糖產生半截子的乳酸和ATP，是乳酸的毒性讓你刺痛。

我們可以放心地說，生命最普遍的特徵就是生命最初的特徵。化學滲透普遍、基本到這樣的程度，它的發現對生命起源的理論必然造成重大影響。下一部分（也是最後一部分），將討論化學滲透在生命起源上的意義。這裡還要還比希先生一個公道：他的例證和論點雖然被粉碎了，但是他的內在邏輯並沒有。因為我們已經看到化學滲透和ATPase本身也是非常複雜的機理和裝置，那麼在生命之初，他們又是怎麼產生，怎麼進化來的呢？這是科學現在還不能自信回答的問題，在這個問題上，各種理論的交鋒，激烈程度不比美國政客玩墮胎差。不同的是，每種論點都有他自己的科學實證基礎，交鋒和證偽中大家的認識不斷進化，而不是龜縮到2000年前地中海邊的古書。

六吹皺一池春水

生命起源的問題，向來是生物學中的皇冠，同時也是Mission Impossible。這是一個發生在近40億年前，絕大部分物質證據都早已湮沒的問題。又是一個我們已知的世界中只發生過一次的孤立事件，沒有可以歸納的基礎。同時它橫跨生物、化學、地理、地質、氣候、海洋、宇宙學諸領域，涉及的已知和未知千頭萬緒。最麻煩的是，即使有人真的發展出和事實相符合的理論，也幾乎沒有可能驗證---這個實驗本身很可能耗時千萬年，或者上億年。然而這絲毫沒有驅散各領域科學家對這個問題無休止的興趣。自從宗教的枷鎖打破之後，科學性的生命起源假說有不下幾十種，隨著各學科的進步不斷演進，不斷豐富細節和淘汰偽說。

這些學說在方法上大體上分為兩類，一類是正向的還原法，即不斷搜集地球生命初始時代遺留下來的蛛絲馬跡，包括化石、碳痕迹、同位素異常等等，不斷試圖還原當時的大氣、海洋或者地質化學條件，試圖通過模擬的實驗，一點點驗證生命起源的歷程。這是傳統的方法，它搜集和整理了大量的證據和數據，尤其在年代測定方面發展了很多高明的技術，取得了很多成果。到目前為止，最早的生命活動殘跡可以上溯到38億年之前，是由極其古老的岩石中碳同位素擾動間接證明的（生命是已知唯一改變碳同位素比例的自然過程）。

另一類是反向的反演法。最早的生命雖然早已死亡，但是它們的後代充滿地球生物圈。這些後代種類極其繁雜，但是它們在分子生物和生物化學的層面具有令人驚奇的共性。這除了讓科學研究者更加堅定了「生命同源」的信心之外，還提供了一個新的思路：共性即共祖特徵。共性越多的生物，它們的親緣關係越近。越普遍的共性，越有可能是生命在遺傳樹「根部」的特性。絕對普遍的生物共性，幾乎一定是生物起源時的特性。跟傳統的還原法正好相反（還原法是苦於證據太少太不完整），現代的生理學和基因科學為反演法提供了海量的各種生物遺傳信息。整個生物圈的數碼化遺傳信息：基因組都是證據，只看研究者如何去挖掘和解讀。難在如何穿透近40億年生物分化、變異和滅絕造成的數據迷霧。如果我們能反推出最初的生物是什麼樣的特性，則如何起源的問題就解決了大半。因為在生物學中，「你是什麼」基本就表述了「環境怎樣造就了你」。反演法的研究最喜歡的一個術語就是LUCA（Last Universal Common Ancestor）：「最後的共同祖先」。它是一個定義在邏輯上的生物，是現存所有生物的共同祖先。（之所以說最後，是因為不排除它之前更早的分支已滅絕且未留下後代）

曾經有一個建立在還原法上的假說，佔據了權威地位，基本統治了二十世紀的大半部分。它的統治地位來源於50年代著名的「米勒實驗」。米勒實驗在簡單的封閉系統中用氫氣、甲烷和氨混合的氣體模擬地球約40億年前的「原始還原性大氣」，輔以含水環境（模擬原始海洋）和不斷製造的電火花（模擬大氣中的雷電），在數天的時間內，就檢測到了溶液中有基本有機小分子生成，時間越長數量越多，種類越豐富，包括各種氨基酸和核酸。這個實驗當時可謂震驚科學界，因為誰也沒有預計到如此簡單的無機物原料和模擬環境，就製造出了蛋白質和DNA、RNA的基本組成單位，完成了從無生命到「幾乎是生命」的飛躍。

有機小分子在原始海洋中不斷生成，濃度越來越大，整個海洋成了富含有機物的「濃湯」。各種大分子（蛋白質、DNA、RNA）由小分子通過化學鍵像串珠一樣串起來而生成（這是一個有實驗基礎的自發化學過程），開始互相競爭、淘汰、變異、組合。DNA、RNA的穩定性、自我複製性，輔以蛋白質的無限生物化學多變性使它們最終形成了機器-聯盟，開始主動攝取能量，自我保存，自我傳播---這已經是生命的定義。

這就是大名鼎鼎的「原始湯」假說。至少在我念書的年代，它還是各種學院教育中的正統學說，我相信現在不少國家的中學、大學課本仍然是這樣教的。但以21世紀的研究眼光來看，這個假說已經被三振出局了。---不能怪其他領域的科學社區或者教育者們反應慢，因為並沒有哪個學說在它之後取得那樣的權威地位。

首先動搖它的根基的是地質學和太陽系研究的進展。米勒實驗本身的初始條件，也是受更早的理論指導的，最早在20年代，英國的哈爾丹和俄國的歐柏林就同時提出了原始還原性大氣的假說。他們當時的根據是：氫氣、甲烷和氨，這是木星的大氣成分（可以通過光譜技術精確測定）。地球和木星同樣在太陽系的冷卻中形成，那麼假設地球初始大氣和木星一樣是有道理的。在米勒實驗輝煌的光環下，這個假設維持了四十多年，直到60年代才被注意到它的粗陋。現在的看法是：一，地球初生年代長達5億年的隕石大轟炸，早就把原始的「木星三氣」轟光。二，地質證據表明當時的大氣主要含氮氣（來自轟擊化學和火山活動）、二氧化碳（來自火山活動）、水蒸氣和其他微量氣體。這樣，米勒實驗的初始條件被挖空了一半。

1967年，「斯皮格曼的怪物」又給了原始湯理論重重一擊。斯皮格曼是美國伊利諾伊大學的分子生物學家，他設計了一個實驗，想用來確定自然選擇條件下最小的遺傳個體。他把一種非常簡單的病毒從寄生細胞里分離出來，放在充滿必要營養物（即各種有機小分子）和必要催化酶的溶液中自由生長。所謂病毒，就是蛋白質殼包裹的核酸序列，最接近「原始湯」主角的東西。這種病毒只有4500個鹼基位元組長，可謂極其簡單。最初這些病毒正常複製，接著，有一些複製發生變異，丟失了基因。如果在寄生細胞中，病毒丟失基因意味著缺失某種功能，下場就是死亡。但在這個接近「原始湯」的充裕環境中，這反而成了優勢：更短的序列複製更快，搶佔資源更多，淘汰更長的對手。最終的結果是病毒逐漸退化成了只有220個位元組的破碎殘片，以瘋狂的速度複製，充滿整個培養液。這個實驗不但其他科學家重複結果相同，更有普遍意義的是換成其他更複雜的病毒，結果仍然類似。

「斯皮爾曼的怪物」除了否定「原始湯」理論的發展性，還顛覆了很多生物學中的根本概念。從前認為「複雜化」和「進化」是生物的默認發展方向，現在省悟了根本沒有任何預設方向，只隨環境適應。對原核生物來說，簡單化和退化甚至更有優勢。

米切爾的化學滲透理論，以及化學滲透的絕對普遍性，基本宣告了原始湯理論的謝幕。同時把生命「能量」的一面重新放在聚光燈下。前面說過，由於20世紀基因科學的盛況，不管是公眾還是生物學界，都對能量面有所忽視，把注意力集中在生命的信息面，所謂「太初有詞」。「詞」就是DNA承載的信息，信息支配結構和功能，支配新陳代謝，是遺傳的本質和生命的意義。化學滲透理論說，不完全是這樣。

最大的一個悖論就是：在開放的原始海洋中，任何聚集的化學物質濃度都趨於擴散、淡化。這是簡單物理原則決定的。而我們現在知道，所有生物最基礎的能量代謝形式都是基於濃度聚集的質子動力，都依靠生物膜。這就成了典型的「蛋雞問題」。沒有DNA上的信息，誰製造了生物膜？沒有生物膜驅動的能量，就沒有基本代謝，那麼用什麼來維持整個生命機器，製造蛋白質和複製DNA？如果有更基本的能量代謝形式來啟動，那麼我們為什麼在現存的生物信息和生理中找不到它的遺迹？

這個悖論破壞了原始湯理論的設定場所和基本邏輯。也開啟了從能量角度闡釋生命起源之門，大量的新假說湧現出來。生命能量的一面現在必須和信息的一面緊緊糾纏在一起。比如說，病毒，從前定義成最簡單的生命，也有很多看法懷疑它是最初的生命，而現在可以肯定病毒不是最初的生命，甚至被重新定義成「介於生命和非生命之間」的物質。因為病毒沒有自己的能量代謝設施。它只含有信息，以及利用其他生物細胞能量代謝設施為自己服務的本事，而且通常是嚴格地針對某一類生物細胞。它是一種絕對寄生的東西，只能由有能量代謝能力的生物派生出來。它是活細胞的信息殘片，是基因組的逃亡者，是不斷移民、掠食甚至定居的基因流民。

而細胞的本源性被大大提高，不再被僅僅看做是基因們的豪宅。Compartmentalization: 「封閉化」，成了生命最基礎的要求。

介紹兩個有趣的新假說。第一個不太為人所知，但很有性格，完全是從「封閉化」入手的。它假設生命起源的地點不是開敞的原始海洋，而是某種淺海灣邊的的石灰岩浸潤地帶。這種地帶的石灰岩由於水的侵蝕和地質結晶過程，內部形成了非常細微的疏鬆孔道結構，這就是天然的封閉空間。生物大分子可以由海水浸潤流入，原始海洋中富含硫-鐵氧化還原材料，而且這些結構的薄壁允許Na+ Ca+離子（質子的可替代品）的濃度聚集以及半通透性。換句話說，自然無機物的自組織性「免費」提供了「細胞膜」和一切能量代謝材料，最初的生物大分子只需要通過變異和選擇發明利用的方法就夠了。聽起來夠扯淡…但類似的地質結構確實在歐洲西北部的島嶼周圍被發現了。而且實驗表明，給定合適的浸潤溶液配方，確實能夠驅動化學滲透。只是如果想要測試生物大分子能在裡面玩出什麼花樣，不知道要多少萬年！

另一個是目前最火熱的「黑煙囪」生命起源假說。它認為生命最可能的起源地點，是在深海底部高溫、高硫、強酸性、無光、無氧的「黑煙囪」生態環境。這些地方是海底的地殼薄弱處，地熱和高硫熔岩驅使高溫海水從地底噴出，由於噴泉含大量的硫，而且出口逐漸沉澱成高達數十米的岩層，看起來就像冒著一股股黑煙的煙囪，因而得名。這種地貌現在在太平洋的海底就現實存在，而且擁有一個相當多樣化的生物環境（甚至有些相當高等的動物也在這裡定居，如一些蟹類，他們在這裡適應得能忍受120度的高溫，你休想煮熟它）。這也是現在世界上唯一一種不依靠光合作用提供基本能量的生態圈。這裡的基礎生物是古菌類，原核生物除了細菌之外的另一大基本門類，歷史和細菌一樣的古老。僅僅上面對黑煙囪環境的描述，就能看出化學滲透理論對這種假說的基本指導：白給的環境能量，白給的氧化-還原反應材料，嚴格地排除氧氣（氧氣對於原始生物都是劇毒的，學會用氧代謝是光合作用發明之後的事，但其他種類的氧化還原反應是基本需要），甚至白給的強酸性環境。如果生命起源於這種環境，只需要用著白給的能量發明膜就行了。

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:High_Rise_black_smoker.jpg

上圖是一個典型的當代深海黑煙囪，這裡沒有光合作用，但有一個興旺的生態系統。

另一類研究方法：LUCA模型的建立，更是壓倒性地從能量生物學的角度入手。因為與能量代謝相關的基因，正是所有生物中最古老，變異最慢，共性最大也最核心的基因。生物學家們討論和試圖描述LUCA的時候，不是關注它長什麼模樣，有多大個頭，而是關注它執行何種氧化還原反應，有哪些代謝酶，生活在什麼樣的地理和化學環境。這已經完全是一種嶄新的體系了。

總之，九十年代之後的生命起源研究現狀是群雄並起，天下大亂。理論更新速度之快，新發現新假說之層出不窮，都是二十世紀前面大半部分所無法企及的。固然是因為各個學科的知識積累都在推進，但化學滲透理論的建立，無疑是新紀元的開始。

二十世紀最「反直覺」的偉大生物學發現：化學滲透
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